DE102010012374A1 - High-voltage electrolytic capacitors - Google Patents

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DE102010012374A1
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Dirk H. Dreissig
John Galvagni
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Kyocera Avx Components Corp N D Ges Us
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
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    • H01G9/004Details
    • H01G9/022Electrolytes; Absorbents
    • H01G9/035Liquid electrolytes, e.g. impregnating materials

Abstract

Ein Flüssigelektrolytkondensator wird bereitgestellt, der einen porösen Anodenkörper, der eine durch anodische Oxidation gebildete dielektrische Schicht enthält, eine Kathode, die ein Metallsubstrat umfasst, das mit einem leitfähigen Polymer beschichtet ist, und einen wässrigen Elektrolyten, der sich in Kontakt mit der Kathode und der Anode befindet, umfasst. Der Elektrolyt umfasst ein Salz einer schwachen organischen Säure und Wasser. Der Elektrolyt hat einen pH-Wert von etwa 5,0 bis etwa 8,0 und eine Ionenleitfähigkeit von etwa 0,5 bis etwa 80 Millisiemens pro Zentimeter oder mehr, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C.A liquid electrolytic capacitor is provided which comprises a porous anode body containing a dielectric layer formed by anodic oxidation, a cathode comprising a metal substrate coated with a conductive polymer, and an aqueous electrolyte in contact with the cathode and the cathode Anode includes. The electrolyte comprises a salt of a weak organic acid and water. The electrolyte has a pH of about 5.0 to about 8.0 and an ionic conductivity of about 0.5 to about 80 milli-millions per centimeter or more, determined at a temperature of 25 ° C.

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Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Elektrolytkondensatoren haben typischerweise eine größere Kapazität pro Volumeneinheit als bestimmte andere Typen von Kondensatoren, weswegen sie wertvoll in elektrischen Schaltungen mit relativ hohen Stromstärken und niedriger Frequenz sind. Ein Typ von Kondensator, der entwickelt wurde, ist ein ”Flüssig”-Elektrolytkondensator, der eine Anode aus gesintertem Tantalpulver umfasst. Diese Tantalsinterkörper haben eine sehr große innere Oberfläche. Diese Tantalsinterkörper erfahren zuerst eine elektrochemische Oxidation, die eine als Dielektrikum wirkende Oxidbeschichtung über die gesamten äußere und innere Oberfläche des Tantalkörpers bildet. Dann werden die anodisierten Tantalsinterkörper in Bechern eingeschlossen, die eine hochgradig leitfähige und korrosive flüssige Elektrolytlösung enthalten und eine große Oberfläche mit leitfähigen Auskleidungen aufweisen, welche den Stromfluss zur flüssigen Elektrolytlösung ermöglichen.electrolytic capacitors typically have a larger capacity per unit volume than certain other types of capacitors, which is why they are valuable in electrical circuits with relatively high levels Amperages and low frequency are. A type of capacitor, which was developed is a "liquid" electrolytic capacitor, comprising an anode of sintered tantalum powder. These tantalum sintered bodies have a very large inner surface. These Tantalum sintered bodies first undergo an electrochemical Oxidation, which acts as a dielectric oxide coating over the entire outer and inner surface of the Forms tantalum bodies. Then the anodized tantalum sintered bodies enclosed in cups that are a highly conductive and contain corrosive liquid electrolyte solution and a large surface with conductive Have linings, which the flow of current to the liquid Allow electrolyte solution.

Die in Tantal-Flüssigelektrolytkondensatoren verwendeten Elektrolytlösungen bestehen herkömmlicherweise aus einer oder zwei Grundzubereitungen. Die erste Zubereitung besteht aus einer wässrigen Lösung von Lithiumchlorid. Die zweite Elektrolytzubereitung, die herkömmlicherweise in Tantal-Flüssigkondensatoren verwendet wird, besteht aus einer 35–40%-igen wässrigen Lösung von Schwefelsäure. Obwohl er korrosiv ist, besitzt ein solcher Schwefelsäureelektrolyt einen geringen spezifischen Widerstand, eine breite Temperatureignung und eine relativ hohe maximale Arbeitsspannung, und dadurch ist er der Elektrolyt der Wahl für die große Mehrheit der herkömmlichen Tantal-Flüssigkondensatoren. Dennoch gab es Bemühungen, andere Elektrolyte für Flüssigkondensatoren zu entwickeln. Das US-Patent Nr. 6,219,222 (Shah et al.) beschreibt zum Beispiel einen Elektrolyten, bei dem ein Lösungsmittelsystem eingesetzt wird, das Wasser und Ethylenglycol sowie ein Ammoniumsalz umfasst. Shah et al. weisen darauf hin, dass der Elektrolyt eine hohe Leitfähigkeit und Durchbruchsspannung hat, so dass der äquivalente Serienwiderstand gesenkt ist. Leider bleiben die Probleme bestehen, dass solche Kondensatoren immer noch Schwierigkeiten haben, hohe Spannungswerte zu erreichen.The electrolyte solutions used in tantalum liquid electrolytic capacitors conventionally consist of one or two basic preparations. The first preparation consists of an aqueous solution of lithium chloride. The second electrolyte preparation conventionally used in tantalum liquid condensers consists of a 35-40% aqueous solution of sulfuric acid. Although corrosive, such a sulfuric acid electrolyte has a low resistivity, a wide temperature capability, and a relatively high maximum working voltage, and thus is the electrolyte of choice for the vast majority of conventional tantalum liquid capacitors. However, there have been efforts to develop other electrolytes for liquid capacitors. The U.S. Patent No. 6,219,222 (Shah et al.) Describes, for example, an electrolyte employing a solvent system comprising water and ethylene glycol as well as an ammonium salt. Shah et al. indicate that the electrolyte has a high conductivity and breakdown voltage, so that the equivalent series resistance is lowered. Unfortunately, the problems persist that such capacitors still have difficulty achieving high voltage levels.

Daher besteht zurzeit ein Bedürfnis nach einem verbesserten Flüssigelektrolytkondensator, der eine hohe Spannung erreichen kann.Therefore there is currently a need for an improved liquid electrolytic capacitor, which can reach a high voltage.

Kurzbeschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Elektrolytkondensator offenbart, der Folgendes umfasst: einen porösen Anodenkörper, der eine durch anodische Oxidation gebildete dielektrische Schicht enthält; eine Kathode, die ein Metallsubstrat umfasst, das mit einem leitfähigen Polymer beschichtet ist; und einen wässrigen Elektrolyten, der sich in Kontakt mit der Kathode und der Anode befindet. Der Elektrolyt umfasst ein Salz einer schwachen organischen Säure und ein wässriges Lösungsmittel. Der Elektrolyt hat einen pH-Wert von etwa 4,5 bis etwa 7,0 und eine Ionenleitfähigkeit von etwa 0,1 bis etwa 30 Millisiemens pro Zentimeter, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C.According to one Embodiment of the present invention is an electrolytic capacitor discloses, comprising: a porous anode body, the one formed by anodic oxidation dielectric layer contains; a cathode comprising a metal substrate, coated with a conductive polymer; and an aqueous electrolyte in contact with the Cathode and the anode is located. The electrolyte comprises a salt a weak organic acid and an aqueous Solvent. The electrolyte has a pH of about 4.5 to about 7.0 and an ionic conductivity of about 0.1 to about 30 millisiemens per centimeter, determined at a temperature from 25 ° C.

Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden ausführlicher dargelegt.Further Features and aspects of the present invention are as follows set out in more detail.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Rest der Beschreibung, wo auf die beigefügte Figur Bezug genommen wird, ist eine an den Fachmann gerichtete vollständige und nacharbeitbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer besten Realisierung; dabei ist:in the Rest of the description, where reference is made to the attached figure is taken is a directed to the skilled person complete and reworkable disclosure of the present invention including their best realization; where is:

1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung gebildeten Kondensators. 1 a cross-sectional view of an embodiment of a capacitor formed according to the present invention.

Bei mehrfacher Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen sollen diese dieselben oder analoge Merkmale oder Elemente der vorliegenden Erfindung repräsentieren.at multiple use of reference numerals in the present specification and the drawings are intended to have the same or analogous features or represent elements of the present invention.

Ausführliche Beschreibung von repräsentativen AusführungsformenDetailed description of representative embodiments

Der Fachmann sollte sich darüber im Klaren sein, dass die vorliegende Diskussion nur eine Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen ist und die breiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht einschränken soll, wobei diese breiteren Aspekte in der beispielhaften Konstruktion verkörpert sind.Those skilled in the art should be aware that the present discussion is only a description of exemplary embodiments and not the broader aspects of the present invention which broader aspects are embodied in the exemplary construction.

Allgemein gesagt betrifft die vorliegende Erfindung einen Elektrolytkondensator, der einen porösen Anodenkörper, der eine dielektrische Schicht enthält, eine Kathode, die ein Metallsubstrat enthält, das mit einem leitfähigen Polymer beschichtet ist, und einen wässrigen Elektrolyten umfasst. Die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten wird gezielt innerhalb eines bestimmten Bereichs gesteuert, so dass der Kondensator bis zu einer hohen Spannung aufgeladen werden kann. Insbesondere hat der Elektrolyt typischerweise eine Ionenleitfähigkeit von etwa 0,1 bis etwa 30 Millisiemens pro Zentimeter (”mS/cm”), in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 bis etwa 25 mS/cm, in einigen Ausführungsformen etwa 1 bis etwa 20 mS/cm und in einigen Ausführungsformen etwa 2 bis etwa 15 mS/cm, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C und unter Verwendung irgendeines bekannten Messgeräts für die elektrische Leitfähigkeit (z. B. Oakton Con Series 11). Innerhalb der oben genannten Bereiche ermöglicht die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten vermutlich, dass sich das elektrische Feld ausreichend weit (Debye-Länge) in den flüssigen Elektrolyten hinein erstreckt, so dass es zu einer erheblichen Ladungstrennung kommt. Dadurch wird die Potentialenergie des Dielektrikums auf den Elektrolyten ausgedehnt, so dass der resultierende Kondensator noch mehr Potentialenergie speichern kann, als es aufgrund der Dicke der dielektrischen Oxidschicht vorausgesagt wird. Mit anderen Worten, der Kondensator kann bis zu einer Spannung aufgeladen werden, die die Bildungsspannung des Dielektrikums übersteigt. Das Verhältnis der Spannung, bis zu der der Kondensator aufgeladen werden kann, zur Bildungsspannung kann zum Beispiel etwa 1,0 bis 2,0, in einigen Ausführungsformen etwa 1,1 bis etwa 1,8 und in einigen Ausführungsformen etwa 1,2 bis etwa 1,6 betragen. Als Beispiel kann die Spannung, bis zu der der Kondensator aufgeladen wird, etwa 200 bis etwa 350 V, in einigen Ausführungsformen etwa 220 bis etwa 320 V und in einigen Ausführungsformen etwa 250 bis etwa 300 V betragen.Generally said, the present invention relates to an electrolytic capacitor, a porous anode body having a dielectric Layer contains a cathode containing a metal substrate, which is coated with a conductive polymer, and an aqueous electrolyte. The ionic conductivity the electrolyte is targeted within a certain range controlled so that the capacitor is charged up to a high voltage can be. In particular, the electrolyte typically has one Ionic conductivity of about 0.1 to about 30 millisiemens per centimeter ("mS / cm"), in some embodiments from about 0.5 to about 25 mS / cm, in some embodiments about 1 to about 20 mS / cm, and in some embodiments, about 2 to about 15 mS / cm, determined at a temperature of 25 ° C and using any known meter for the electrical conductivity (eg Oakton Con Series 11). Within the above ranges, the Ion conductivity of the electrolyte presumably that the electric field sufficiently far (Debye length) in extends into the liquid electrolyte so that it a significant charge separation occurs. This becomes the potential energy of the dielectric extended to the electrolyte, so that the resulting Capacitor can save even more potential energy than it due the thickness of the oxide dielectric layer is predicted. With In other words, the capacitor can be charged up to a voltage which exceeds the formation voltage of the dielectric. The ratio of the voltage, up to that of the capacitor can be charged, for example, to the formation voltage 1.0 to 2.0, in some embodiments, about 1.1 to about 1.8 and in some embodiments about 1.2 to about 1.6. As an example, the tension, up to that of Capacitor is charged, about 200 to about 350 V, in some Embodiments about 220 to about 320 V and in some Embodiments about 250 to about 300 V.

Die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten wird zum Teil dadurch erreicht, dass man eine spezielle Art von Salz innerhalb eines bestimmten Konzentrationsbereichs auswählt. Die Erfinder haben nämlich herausgefunden, dass Salze schwacher organischer Säuren besonders wirkungsvoll sind, um die gewünschte Leitfähigkeit des Elektrolyten zu erreichen. Das Kation des Salzes kann einatomige Kationen, wie Alkalimetalle (z. B. Li+, Na+, K+, Rb+ oder Cs+), Erdalkalimetalle (z. B. Be2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+ oder Ba2+), Übergangsmetalle (z. B. Ag+, Fe2+, Fe3+ usw.) sowie mehratomige Kationen, wie NH4 +, umfassen. Das einwertige Ammonium (NH4 +), Natrium (K+) und Lithium (Li+) sind besonders gut geeignete Kationen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung. Die zur Bildung des Anions des Salzes verwendete organische Säure ist in dem Sinne ”schwach”, dass sie typischerweise eine erste Säuredissoziationskonstante (pKa1) von etwa 0 bis etwa 11, in einigen Ausführungsformen etwa 1 bis etwa 10 und in einigen Ausführungsformen etwa 2 bis etwa 10 aufweist, bestimmt bei 25°C. In der vorliegenden Erfindung können irgendwelche geeigneten schwachen organischen Säuren verwendet werden, wie Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Salicylsäure, Sulfosalicylsäure, Adipinsäure, Maleinsäure, Äpfelsäure, Ölsäure, Gallsäure, Weinsäure (z. B. L-Weinsäure, Mesoweinsäure usw.), Zitronensäure, Ameisensäure, Essigsäure, Glycolsäure, Oxalsäure, Propionsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Glutarsäure, Gluconsäure, Milchsäure, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Itaconsäure, Trifluoressigsäure, Barbitursäure, Zimtsäure, Benzoesäure, 4-Hydroxybenzoesäure, Aminobenzoesäure usw., Gemische davon usw. Polyprotische Säuren (z. B. diprotische, triprotische usw.) sind zur Verwendung bei der Bildung des Salzes besonders wünschenswert, wie Adipinsäure (pKa1 von 4,43 und pKa2 von 5,41), α-Weinsäure (pKa1 von 2,98 und pKa2 von 4,34), Mesoweinsäure (pKa1 von 3,22 und pKa2 von 4,82), Oxalsäure (pKa1 von 1,23 und pKa2 von 4,19), Milchsäure (pKa1 von 3,13, pKa2 von 4,76 und pKa3 von 6,40) usw.The ionic conductivity of the electrolyte is achieved, in part, by selecting a particular type of salt within a particular concentration range. The inventors have found that salts of weak organic acids are particularly effective in achieving the desired conductivity of the electrolyte. The cation of the salt can be monatomic cations, such as alkali metals (eg Li + , Na + , K + , Rb + or Cs + ), alkaline earth metals (eg Be 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ or Ba 2+ ), transition metals (eg, Ag + , Fe 2+ , Fe 3+ , etc.) and polyatomic cations, such as NH 4 + . The monovalent ammonium (NH 4 + ), sodium (K + ) and lithium (Li + ) are particularly suitable cations for use in the present invention. The organic acid used to form the anion of the salt is "weak" in the sense that it typically has a first acid dissociation constant (pK a1 ) of about 0 to about 11, in some embodiments about 1 to about 10, and in some embodiments about 2 to about 10, determined at 25 ° C. In the present invention, any suitable weak organic acids may be used, such as carboxylic acids, such as acrylic acid, methacrylic acid, malonic acid, succinic acid, salicylic acid, sulfosalicylic acid, adipic acid, maleic acid, malic acid, oleic acid, bile acid, tartaric acid (e.g., L-tartaric acid, meso-tartaric acid etc.), citric, formic, acetic, glycolic, oxalic, propionic, phthalic, isophthalic, glutaric, gluconic, lactic, aspartic, glutamic, itaconic, trifluoroacetic, barbituric, cinnamic, benzoic, 4-hydroxybenzoic, aminobenzoic, etc., mixtures thereof etc. Polyprotic acids (e.g., diprotic, triprotic, etc.) are particularly desirable for use in the formation of the salt, such as adipic acid (pK a1 of 4.43 and pK a2 of 5.41), α-tartaric acid (pK a1 of 2.98 and pK a2 of 4.34), meso-tartaric acid (pK a1 of 3.22 and pK a2 of 4.82), oxalic acid (pK a1 of 1.23 u nd pK a2 of 4.19), lactic acid (pK a1 of 3.13, pKa 2 of 4.76 and pK a3 of 6.40), etc.

Die Konzentration der Salze der schwachen organischen Säure in dem Elektrolyten wird so gewählt, dass die gewünschte Ionenleitfähigkeit erreicht wird. Während die tatsächlichen Mengen je nach dem besonderen eingesetzten Salz, dessen Löslichkeit in dem bzw. den in dem Elektrolyten verwendeten Lösungsmitteln und der Gegenwart anderer Komponenten variieren können, sind solche Salze einer schwachen organischen Säure typischerweise in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 25 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,2 bis etwa 20 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,3 bis etwa 15 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.-% in dem Elektrolyten vorhanden.The Concentration of salts of weak organic acid in the electrolyte is chosen so that the desired Ion conductivity is achieved. While the actual quantities depending on the particular used Salt, whose solubility in the or in the electrolyte used solvents and the presence of other components may vary, are such salts of a weak organic acid typically in an amount of from about 0.1 to about 25 weight percent, in some embodiments about 0.2 to about 20 wt .-%, in some embodiments about 0.3 to about 15 wt% and in some embodiments about 0.5 to about 5 wt%. present in the electrolyte.

Der wässrige Elektrolyt kann im Allgemeinen eine Vielzahl von Formen besitzen, wie als Lösung, Dispersion, Gel usw. Unabhängig von seiner Form enthält der wässrige Elektrolyt jedoch Wasser (z. B. deionisiertes Wasser) als Lösungsmittel. Zum Beispiel kann Wasser (z. B. deionisiertes Wasser) etwa 20 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 30 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 40 Gew.-% bis etwa 85 Gew.-% des Elektrolyten ausmachen. In bestimmten Fällen kann auch ein sekundäres Lösungsmittel in Verbindung mit Wasser eingesetzt werden, um ein Lösungsmit telgemisch zu bilden. Zu den geeigneten sekundären Lösungsmitteln gehören zum Beispiel Glycole (z. B. Ethylenglycol, Propylenglycol, Butylenglycol, Triethylenglycol, Hexylenglycol, Polyethylenglycole, Ethoxydiglycol, Dipropylenglycol usw.), Glycolether (z. B. Methylglycolether, Ethylglycolether, Isopropylglycolether usw.), Alkohole (z. B. Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol und Butanol), Ketone (z. B. Aceton, Methylethylketon und Methylisobutylketon), Ester (z. B. Ethylacetat, Butylacetat, Diethylenglycoletheracetat, Methoxypropylacetat, Ethylencarbonat, Propylencarbonat usw.), Amide (z. B. Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylcapryl/caprinfettsäureamid und N-Alkylpyrrolidone), Sulfoxide oder Sulfone (z. B. Dimethylsulfoxid (DMSO) und Sulfolan) usw. Solche Lösungsmittelgemische enthalten typischerweise Wasser in einer Menge von etwa 40 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 50 Gew.-% bis etwa 75 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 55 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% und ein oder mehrere sekundäre Lösungsmittel in einer Menge von etwa 20 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 25 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 30 Gew.-% bis etwa 45 Gew.-%. Das oder die sekundären Lösungsmittel können zum Beispiel etwa 5 Gew.-% bis etwa 45 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 10 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 15 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-% des Elektrolyten ausmachen.The aqueous electrolyte may generally have a variety of forms such as solution, dispersion, gel, etc. However, regardless of its form, the aqueous electrolyte contains water (eg, deionized water) as a solvent. For example, water (eg, deionized water) may be from about 20% to about 95% by weight, in some embodiments from about 30% to about 90% by weight, and in some embodiments about 40% by weight. % to about 85% by weight of the electrolyte. In certain cases, a secondary solvent may also be used in conjunction with water to form a solvent mixture. Suitable secondary solvents include, for example, glycols (e.g., ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, triethylene glycol, hexylene glycol, polyethylene glycols, ethoxy diglycol, di propylene glycol, etc.), glycol ethers (e.g., methyl glycol ethers, ethyl glycol ethers, isopropyl glycol ethers, etc.), alcohols (e.g., methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, and butanol), ketones (e.g., acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone ), Esters (e.g., ethyl acetate, butyl acetate, diethylene glycol ether acetate, methoxypropyl acetate, ethylene carbonate, propylene carbonate, etc.), amides (eg, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylcaprylic / capric fatty acid amide and N-alkylpyrrolidones), sulfoxides or sulfones (e.g. Dimethylsulfoxide (DMSO) and sulfolane), etc. Such solvent mixtures typically contain water in an amount of from about 40% to about 80% by weight, in some embodiments from about 50% to about 75% by weight, and in In some embodiments, about 55 wt% to about 70 wt% and one or more secondary solvents in an amount of about 20 wt% to about 60 wt%, in some embodiments, about 25 wt% to about 50% by weight, and in some embodiments from about 30% to about 45% by weight. For example, the secondary solvent (s) may be from about 5 weight percent to about 45 weight percent, in some embodiments from about 10 weight percent to about 40 weight percent, and in some embodiments, from about 15 weight percent to about Make up 35 wt .-% of the electrolyte.

Der wässrige Elektrolyt ist auch relativ neutral und hat einen pH-Wert von etwa 4,5 bis etwa 7,0, in einigen Ausführungsformen etwa 5,0 bis etwa 6,5 und in einigen Ausführungsformen etwa 5,5 bis etwa 6,0. Falls gewünscht, können ein oder mehrere pH-Regulatoren (z. B. Säuren, Basen usw.) eingesetzt werden, damit der gewünschte pH-Wert erreicht werden kann. In einer Ausführungsform wird eine Säure eingesetzt, um den pH-Wert auf den gewünschten Bereich zu senken. Zu den geeigneten Säuren gehören zum Beispiel anorganische Säuren, wie Chlorwasserstoffsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Polyphosphorsäure, Borsäure, Boronsäure usw., organische Säuren einschließlich Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Salicylsäure, Sulfosalicylsäure, Adipinsäure, Maleinsäure, Äpfelsäure, Ölsäure, Gallsäure, Weinsäure, Zitronensäure, Ameisensäure, Essigsäure, Glycolsäure, Oxalsäure, Propionsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Glutarsäure, Gluconsäure, Milchsäure, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Itaconsäure, Trifluoressigsäure, Barbitursäure, Zimtsäure, Benzoesäure, 4-Hydroxybenzoesäure, Aminobenzoesäure usw., Sulfonsäuren, wie Methansulfonsäure, Benzolsulfonsäure, Toluolsulfonsäure, Trifluormethansulfonsäure, Styrolsulfonsäure, Naphthalindisulfonsäure, Hydroxybenzolsulfonsäure usw., polymere Säuren, wie Polyacryl- oder Polymethacrylsäure und Copolymere davon (z. B. Maleinsäure-Acrylsäure-, Sulfonsäure-Acrylsäure- und Styrol-Acrylsäure-Copolymere), Carrageensäure, Carboxymethylcellulose, Alginsäure usw., usw. Die Gesamtkonzentration der pH-Regulatoren kann zwar variieren, doch sind diese typischerweise in einer Menge von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 2 Gew.-% des Elektrolyten vorhanden.Of the aqueous electrolyte is also relatively neutral and has a pH of about 4.5 to about 7.0, in some embodiments from about 5.0 to about 6.5, and in some embodiments from about 5.5 to about 6.0. If desired, you can one or more pH regulators (eg acids, bases, etc.) be used so that the desired pH is reached can be. In one embodiment, an acid used to adjust the pH to the desired range to lower. Suitable acids include Example inorganic acids such as hydrochloric acid, Nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, Polyphosphoric acid, boric acid, boronic acid etc., organic acids including carboxylic acids, such as acrylic acid, methacrylic acid, malonic acid, Succinic acid, salicylic acid, sulfosalicylic acid, Adipic acid, maleic acid, malic acid, oleic acid, Gallic acid, tartaric acid, citric acid, Formic acid, acetic acid, glycolic acid, oxalic acid, propionic acid, Phthalic acid, isophthalic acid, glutaric acid, Gluconic acid, lactic acid, aspartic acid, Glutamic acid, itaconic acid, trifluoroacetic acid, Barbituric acid, cinnamic acid, benzoic acid, 4-hydroxybenzoic acid, aminobenzoic acid, etc., sulfonic acids, such as methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, Trifluoromethanesulfonic acid, styrenesulfonic acid, Naphthalenedisulfonic acid, hydroxybenzenesulfonic acid etc., polymeric acids such as polyacrylic or polymethacrylic acid and copolymers thereof (e.g., maleic acid-acrylic acid, Sulfonic acid-acrylic acid and styrene-acrylic acid copolymers), Carrageenoic acid, carboxymethylcellulose, alginic acid etc., etc. The total concentration of pH regulators can indeed vary, but these are typically in an amount of about 0.01% to about 10% by weight, in some embodiments from about 0.05% to about 5% by weight, and in some embodiments from about 0.1% to about 2% by weight of the electrolyte.

Der Elektrolyt kann auch andere Komponenten enthalten, die dabei helfen, die elektrische Leistungsfähigkeit des Kondensators zu verbessern. Zum Beispiel kann ein Depolarisator in dem Elektrolyten eingesetzt werden, der dabei helfen soll, die Entwicklung von Wasserstoffgas an der Kathode des Elektrolytkondensators zu hemmen, welches andernfalls bewirken könnte, dass sich der Kondensator ausbeult und schließlich versagt. Wenn er eingesetzt wird, macht der Depolarisator normalerweise etwa 1 bis etwa 500 ppm, in einigen Ausführungsformen etwa 10 bis etwa 200 ppm und in einigen Ausführungsformen etwa 20 bis etwa 150 ppm des Elektrolyten aus. Zu den geeigneten Depolarisatoren gehören nitroaromatische Verbindungen, wie 2-Nitrophenol, 3-Nitrophenol, 4-Nitrophenol, 2-Nitrobenzoesäure, 3-Nitrobenzoesäure, 4-Nitrobenzoesäure, 2-Nitroacetophenon, 3-Nitroacetophenon, 4-Nitroacetophenon, 2-Nitroanisol, 3-Nitroanisol, 4-Nitroanisol, 2-Nitrobenzaldehyd, 3-Nitrobenzaldehyd, 4-Nitrobenzaldehyd, 2-Nitrobenzylalkohol, 3-Nitrobenzylalkohol, 4-Nitrobenzylalkohol, 2-Nitrophthalsäure, 3-Nitrophthalsäure, 4-Nitrophthalsäure usw. Besonders gut geeignete nitroaromatische Depolarisatoren zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind Nitrobenzoesäuren, Anhydride oder Salze davon, die mit einer oder mehreren Alkylgruppen (z. B. Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl usw.) substituiert sind. Spezielle Beispiele für solche alkylsubstituierten Nitrobenzoeverbindungen sind zum Beispiel 2-Methyl-3-nitrobenzoesäure, 2-Methyl-6-nitrobenzoesäure, 3-Methyl-2-nitrobenzoesäure, 3-Methyl-4-nitrobenzoesäure, 3-Methyl-6-nitrobenzoesäure, 4-Methyl-3-nitrobenzoesäure, Anhydride oder Salze davon usw. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass alkylsubstituierte Nitrobenzoeverbindungen vorzugsweise elektrochemisch an den aktiven Stellen der Kathodenoberfläche adsorbiert werden können, wenn das Kathodenpotential einen niedrigen Bereich erreicht oder die Zellspannung hoch ist, und anschließend davon ausgehend in den Elektrolyten desorbiert werden können, wenn das Kathodenpotential hochgeht oder die Zellspannung gering ist. Auf diese Weise sind die Verbindungen ”elektrochemisch reversibel”, was für eine verbesserte Hemmung der Wasserstoffgasproduktion sorgen kann.Of the Electrolyte can also contain other components that help the electrical efficiency of the capacitor too improve. For example, a depolarizer may be in the electrolyte be used to help the development of hydrogen gas to inhibit the cathode of the electrolytic capacitor, which otherwise could cause the capacitor to bulge out and finally failed. When he is employed, he does Depolarizer normally about 1 to about 500 ppm, in some embodiments from about 10 to about 200 ppm, and in some embodiments from about 20 to about 150 ppm of the electrolyte. To the appropriate Depolarizers include nitroaromatic compounds, such as 2-nitrophenol, 3-nitrophenol, 4-nitrophenol, 2-nitrobenzoic acid, 3-nitrobenzoic acid, 4-nitrobenzoic acid, 2-nitroacetophenone, 3-nitroacetophenone, 4-nitroacetophenone, 2-nitroanisole, 3-nitroanisole, 4-nitroanisole, 2-nitrobenzaldehyde, 3-nitrobenzaldehyde, 4-nitrobenzaldehyde, 2-nitrobenzyl alcohol, 3-nitrobenzyl alcohol, 4-nitrobenzyl alcohol, 2-nitrophthalic acid, 3-nitrophthalic acid, 4-nitrophthalic acid etc. Particularly suitable nitroaromatic depolarizers for Use in the present invention are nitrobenzoic acids, Anhydrides or salts thereof containing one or more alkyl groups (eg, methyl, ethyl, propyl, butyl, etc.). Specific Examples of such alkyl-substituted nitrobenzo compounds are, for example, 2-methyl-3-nitrobenzoic acid, 2-methyl-6-nitrobenzoic acid, 3-methyl-2-nitrobenzoic acid, 3-methyl-4-nitrobenzoic acid, 3-methyl-6-nitrobenzoic acid, 4-methyl-3-nitrobenzoic acid, Anhydrides or salts thereof, etc. Without relying on a particular theory It is believed that alkyl-substituted nitrobenzo compounds preferably electrochemically at the active sites of the cathode surface can be adsorbed when the cathode potential a reached low range or the cell voltage is high, and then can be desorbed from this into the electrolyte, when the cathode potential goes up or the cell voltage low is. In this way, the compounds are "electrochemical reversible ", what an improved inhibition the hydrogen gas production can provide.

Die Anode des Elektrolytkondensators umfasst einen porösen Körper, der aus einer Ventilmetallzusammensetzung bestehen kann, die eine hohe spezifische Ladung, wie etwa 5000 μF·V/g oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 25 000 μF·V/g oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 50 000 μF·V/g oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 70 000 bis etwa 300 000 μF·V/g aufweist. Die Ventilmetallzusammensetzung enthält ein Ventilmetall (d. h. ein Metall, das zur Oxidation befähigt ist) oder eine auf einem Ventilmetall basierende Verbindung, wie Tantal, Niob, Aluminium, Hafnium, Titan, Legierungen davon, Oxide davon, Nitride davon usw. Zum Beispiel kann die Ventilmetallzusammensetzung ein elektrisch leitfähiges Oxid von Niob enthalten, wie Nioboxid mit einem Atomverhältnis von Niob zu Sauerstoff von 1:1,0 ± 1,0, in einigen Ausführungsformen 1:1,0 ± 0,3, in einigen Ausführungsformen 1:1,0 ± 0,1 und in einigen Ausführungsformen 1:1,0 ± 0,05. Zum Beispiel kann es sich bei dem Nioboxid um NbO0,7, Nb01,0, NbO1,1 und NbO2 handeln. Beispiele für solche Ventilmetalloxide sind in den US-Patenten Nr. 6,322,912 (Fife), 6,391,275 (Fife et al.), 6,416,730 (Fife et al.), 6,527,937 (Fife), 6,576,099 (Kimmel et al.), 6,592,740 (Fife et al.) und 6,639,787 (Kimmel et al.) und 7,220,397 (Kimmel et al.) sowie den US-Patentanmeldungen Veröffentlichungsnummer 2005/0019581 (Schnitter), 2005/0103638 (Schnitter et al.), 2005/0013765 (Thomas et al.) beschrieben, auf die alle hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.The anode of the electrolytic capacitor comprises a porous body which may be a valve metal composition having a high specific charge, such as 5000 μF * V / g or more, in some embodiments, about 25,000 μF * V / g or more, in some embodiments about 50,000 μF · V / g or more, and in some embodiments, from about 70,000 to about 300,000 μF · V / g. The valve metal composition includes a valve metal (ie, a metal capable of oxidation) or a valve metal based compound such as tantalum, niobium, aluminum, hafnium, titanium, alloys thereof, oxides thereof, nitrides thereof, etc. For example, the valve metal composition contain an electrically conductive oxide of niobium, such as niobium oxide having an atomic ratio of niobium to oxygen of 1: 1.0 ± 1.0, in some embodiments 1: 1.0 ± 0.3, in some embodiments 1: 1.0 ± 0.1 and in some embodiments 1: 1.0 ± 0.05. For example, the niobium oxide may be NbO 0.7 , Nb0 1.0 , NbO 1.1 and NbO 2 . Examples of such valve metal oxides are in the U.S. Patent Nos. 6,322,912 (Fife), 6,391,275 (Fife et al.), 6,416,730 (Fife et al.), 6,527,937 (Fife), 6,576,099 (Kimmel et al.), 6,592,740 (Fife et al.) And 6,639,787 (Kimmel et al.) And 7,220,397 (Kimmel et al.) And U.S. Patent Application Publication No. 2005/0019581 (Reapers), 2005/0103638 (Schnitter et al.), 2005/0013765 (Thomas et al.), All of which are expressly incorporated by reference for all purposes becomes.

Im Allgemeinen können herkömmliche Herstellungsverfahren verwendet werden, um den porösen Anodenkörper zu bilden. In einer Ausführungsform wird zuerst ein Tantal- oder Nioboxidpulver mit einer bestimmten Teilchengröße ausgewählt. Die Teilchen können flockig, eckig, knotig und Gemische oder Variationen davon sein. Die Teilchen haben auch typischerweise eine Siebgrößenverteilung von wenigstens etwa 60 mesh, in einigen Ausführungsformen etwa 60 bis etwa 325 mesh und in einigen Ausführungsformen etwa 100 bis etwa 200 mesh. Weiterhin beträgt die spezifische Oberfläche etwa 0,1 bis etwa 10,0 m2/g, in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 bis etwa 5,0 m2/g und in einigen Ausführungsformen etwa 1,0 bis etwa 2,0 m2/g. Der Ausdruck ”spezifische Oberfläche” bezieht sich auf die spezifische Oberfläche, die nach dem physikalischen Gasadsorptionsverfahren nach Brunauer, Emmet und Teller (BET), Journal of American Chemical Society, 60. Jahrgang, 1938, S. 309 , mit Stickstoff als Adsorptionsgas bestimmt wird. Ebenso beträgt die Schüttdichte (oder Scott-Dichte) typischerweise etwa 0,1 bis etwa 5,0 g/cm3, in einigen Ausführungsformen etwa 0,2 bis etwa 4,0 g/cm3 und in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 bis etwa 3,0 g/cm3.In general, conventional manufacturing methods can be used to form the porous anode body. In one embodiment, a tantalum or niobium oxide powder having a certain particle size is first selected. The particles may be flaky, angular, nodular and mixtures or variations thereof. The particles also typically have a mesh size distribution of at least about 60 mesh, in some embodiments about 60 to about 325 mesh, and in some embodiments about 100 to about 200 mesh. Furthermore, the specific surface area is about 0.1 to about 10.0 m 2 / g, in some embodiments about 0.5 to about 5.0 m 2 / g, and in some embodiments about 1.0 to about 2.0 m 2 /G. The term "specific surface area" refers to the specific surface area that after the physical gas adsorption process Brunauer, Emmet and Teller (BET), Journal of American Chemical Society, 60th year, 1938, p. 309 , is determined with nitrogen as the adsorption gas. Also, the bulk density (or Scott density) is typically about 0.1 to about 5.0 g / cm 3, in some embodiments from about 0.2 to about 4.0 g / cm 3, and in some embodiments from about 0.5 to about 3.0 g / cm 3 .

Um den Aufbau des Anodenkörpers zu erleichtern, können auch andere Komponenten zu den elektrisch leitfähigen Teilchen gegeben werden. Zum Beispiel können die elektrisch leitfähigen Teilchen gegebenenfalls mit einem Bindemittel und/oder Gleitmittel gemischt werden, um zu gewährleisten, dass die Teilchen ausreichend aneinander haften, wenn sie unter Bildung des Anodenkörpers verpresst werden. Zu den geeigneten Bindemitteln gehören etwa Campher, Stearin- oder andere Seifenfettsäuren, Carbowax (Union Carbide), Glyptal (General Electric), Polyvinylalkohole, Naphthalin, Pflanzenwachs und Mikrowachse (gereinigte Paraffine). Das Bindemittel kann in einem Lösungsmittel gelöst und dispergiert werden. Beispielhafte Lösungsmittel sind etwa Wasser, Alkohole usw. Wenn sie verwendet werden, kann der Prozentsatz der Bindemittel und/oder Gleitmittel von etwa 0,1 bis etwa 8 Gew.-% der Gesamtmasse variie ren. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass Bindemittel und Gleitmittel in der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind.Around can facilitate the construction of the anode body also other components to the electrically conductive particles are given. For example, the electrically conductive Particles optionally with a binder and / or lubricant be mixed to ensure that the particles are sufficient adhere to each other when forming the anode body be pressed. Suitable binders include such as camphor, stearic or other soap fatty acids, Carbowax (Union Carbide), Glyptal (General Electric), polyvinyl alcohols, Naphthalene, vegetable wax and microwaxes (purified paraffins). The binder can be dissolved in a solvent and dispersed. Exemplary solvents are such as water, alcohols, etc. When used, the percentage may be the binder and / or lubricant from about 0.1 to about 8% by weight the total mass varies. One should, however, about it Be aware that binders and lubricants are present in the Invention are not required.

Das resultierende Pulver kann mit Hilfe einer beliebigen herkömmlichen Pulverpressform kompaktiert werden. Zum Beispiel kann die Pressform eine Einplatz-Kompaktierpresse sein, die eine Matrize und einen oder mehrere Stempel enthält. Alternativ dazu können auch Kompaktierpressformen des Ambosstyps verwendet werden, die nur eine Matrize und einen einzigen Unterstempel verwenden. Einplatz-Kompaktierpressformen sind in mehreren Grundtypen erhältlich, wie Nocken-, Kniehebel- und Exzenter- oder Kurbelpressen mit unterschiedlichen Fähigkeiten, wie einfach wirkend, doppelt wirkend, Schwebemantelmatrize, bewegliche Werkzeugaufspannplatte, Gegenstempel, Schnecke, Schlag, Heißpressen, Prägen oder Kalibrieren. Falls gewünscht, kann nach der Komprimierung gegebenenfalls vorhandenes Bindemittel/Gleitmittel entfernt werden, etwa indem man den gebildeten Pressling mehrere Minuten lang im Vakuum auf eine bestimmte Temperatur (z. B. etwa 150°C bis etwa 500°C) erhitzt. Alternativ dazu kann das Bindemittel/Gleitmittel auch entfernt werden, indem man den Pressling mit einer wässrigen Lösung in Kontakt bringt, wie es im US-Patent Nr. 6,197,252 (Bishop et al.) beschrieben ist, auf das hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.The resulting powder can be compacted using any conventional powder molding method. For example, the die may be a single-place compacting press that includes a die and one or more dies. Alternatively, anodising compacts of the anvil type using only a die and a single die can also be used. Single-station compacting dies are available in several basic types, such as cam, toggle and eccentric or crank presses with different capabilities, such as single-acting, double-acting, float mantle, moving platen, counter punch, auger, punch, hot press, stamp or calibrate. If desired, optional binder / lubricant may be removed after compression, such as by heating the formed compact in a vacuum for a few minutes (e.g., about 150 ° C to about 500 ° C) for several minutes. Alternatively, the binder / lubricant may also be removed by contacting the compact with an aqueous solution as described in U.S. Pat U.S. Patent No. 6,197,252 (Bishop et al.), Which is expressly incorporated by reference herein for all purposes.

Die Dicke des gepressten Anodenkörpers kann relativ gering sein, wie etwa 4 Millimeter oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 bis etwa 2 Millimeter und in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 bis etwa 1 Millimeter. Die Form des Anodenkörpers kann ebenfalls so gewählt werden, dass die elektrischen Eigenschaften des resultierenden Kondensators verbessert werden. Zum Beispiel kann der Anodenkörper eine Form haben, die gekrümmt, wellenförmig, rechteckig, U-förmig, V-förmig usw. ist. Der Anodenkörper kann auch eine ”geriffelte” Form haben, indem sie eine oder mehrere Furchen, Rillen, Vertiefungen oder Einkerbungen enthält, um das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zu erhöhen und dadurch den äquivalenten Serienwiderstand (ESR) zu minimieren und den Frequenzgang der Kapazität auszudehnen. Solche ”geriffelten” Anoden sind zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 6,191,936 (Webber et al.), 5,949,639 (Maeda et al.) und 3,345,545 (Bourgault et al.) sowie in der US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2005/0270725 (Hahn et al.) beschrieben, auf die hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.The thickness of the pressed anode body may be relatively small, such as 4 millimeters or less, in some embodiments about 0.05 to about 2 millimeters, and in some embodiments about 0.1 to about 1 millimeter. The shape of the anode body can also be chosen so as to improve the electrical properties of the resulting capacitor. For example, the anode body may have a shape that is curved, wavy, rectangular, U-shaped, V-shaped, etc. The anode body may also have a "corrugated" shape by including one or more grooves, grooves, depressions or indentations to increase the surface to volume ratio thereby minimizing the equivalent series resistance (ESR) and extending the frequency response of the capacitance , Such "corrugated" anodes are for example in the U.S. Pat. Nos. 6,191,936 (Webber et al.), 5,949,639 (Maeda et al.) And 3,345,545 (Bourgault et al.) And US Patent Application Publication No. 2005/0270725 (Hahn et al.), to which reference is expressly made for all purposes.

Der Anodenkörper kann anodisch oxidiert (”anodisiert”) werden, so dass eine dielektrische Schicht auf und/oder innerhalb der Anode entsteht. Zum Beispiel kann eine Tantalanode (Ta-Anode) zu Tantalpentoxid (Ta2O5) anodisiert werden. Typischerweise wird die Anodisierung durchgeführt, indem man zunächst eine Lösung auf die Anode aufträgt, etwa durch Eintauchen der Anode in den Elektrolyten. Im Allgemeinen wird ein Lösungsmittel eingesetzt, wie Wasser (z. B. deionisiertes Wasser). Um die Ionenleitfähigkeit zu verstärken, kann eine Verbindung eingesetzt werden, die in dem Lösungsmittel unter Bildung von Ionen dissoziieren kann. Beispiele für solche Verbindungen sind zum Beispiel Säuren, wie sie oben beschrieben sind. Zum Beispiel kann eine Säure (z. B. Phosphorsäure) etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 0,8 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-% der Anodisierungslösung ausmachen. Falls gewünscht, können auch Gemische von Säuren eingesetzt werden.The anode body may be anodized ("anodized") to form a dielectric layer on and / or within the anode. For example, a tantalum anode (Ta anode) can be anodized to tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ). Typically, the anodization is performed by first applying a solution to the anode, such as by immersing the anode in the electrolyte. Generally, a solvent is used, such as water (eg, deionized water). In order to enhance the ionic conductivity, a compound which can dissociate in the solvent to form ions can be used. Examples of such compounds are, for example, acids, as described above. For example, an acid (eg, phosphoric acid) may be from about 0.01% to about 5% by weight, in some embodiments from about 0.05% to about 0.8% by weight, and in In some embodiments, from about 0.1% to about 0.5% by weight of the anodizing solution. If desired, mixtures of acids may also be used.

Ein Strom wird durch die Anodisierungslösung geleitet, um die dielektrische Schicht zu bilden. Der Wert der Bildungsspannung entspricht der Dicke der dielektrischen Schicht. Zum Beispiel kann die Stromquelle zunächst im galvanostatischen Modus betrieben werden, bis die erforderliche Spannung erreicht ist. Danach kann die Stromquelle auf einen potentiostatischen Modus umgeschaltet werden, um zu gewährleisten, dass die gewünschte Dicke des Dielektrikums über der gesamten Oberfläche der Anode gebildet wird. Selbstverständlich können auch andere bekannte Verfahren eingesetzt werden, wie potentiostatische Impuls- oder Schrittverfahren. Die Spannung, bei der die anodische Oxidation erfolgt, liegt typischerweise im Bereich von etwa 4 bis etwa 250 V, in einigen Ausführungsformen etwa 9 bis etwa 200 V und in einigen Ausführungsformen etwa 20 bis etwa 150 V. Während der Oxidation kann die Anodisierungslösung auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden, wie etwa 30°C oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 40°C bis etwa 200°C und in einigen Ausführungsformen etwa 50°C bis etwa 100°C. Die anodische Oxidation kann auch bei Umgebungstemperatur oder darunter durchgeführt werden. Die resultierende dielektrische Schicht kann auf einer Oberfläche der Anode und innerhalb ihrer Poren gebildet werden.One Current is passed through the anodizing solution to the to form a dielectric layer. The value of the formation voltage corresponds the thickness of the dielectric layer. For example, the power source may first be operated in the galvanostatic mode until the required Tension is reached. After that, the power source can be switched to a potentiostatic Mode to ensure that the desired thickness of the dielectric over the entire Surface of the anode is formed. Of course Other known methods can also be used. like potentiostatic pulse or stepping methods. The voltage, in which the anodic oxidation takes place, is typically in Range from about 4 to about 250 V, in some embodiments about 9 to about 200 V, and in some embodiments, about 20 to about 150 V. During the oxidation, the anodizing solution be kept at an elevated temperature, such as 30 ° C or more, in some embodiments, for example 40 ° C to about 200 ° C and in some embodiments about 50 ° C to about 100 ° C. The anodic oxidation Can also be done at ambient or below become. The resulting dielectric layer may be on a surface the anode and within their pores are formed.

Die Kathode des Flüssigelektrolytkondensators enthält ein Metallsubstrat, das irgendein Metall, wie Tantal, Niob, Aluminium, Nickel, Hafnium, Titan, Kupfer, Silber, Stahl (z. B. Edelstahl), Legierungen davon (z. B. elektrisch leitfähige Oxide), Verbundstoffe davon (z. B. mit elektrisch leitfähigem Oxid beschichtetes Metall) usw. enthalten kann. Titanmetalle sowie Legierungen davon sind zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung besonders gut geeignet. Die geometrische Konfiguration des Substrats kann im Allgemeinen variieren, wie dem Fachmann wohlbekannt ist, wie in Form eines Behälters, Bechers, einer Folie, Platte, Sieb, Geflecht usw. Die Oberfläche des Substrats kann im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 5 Quadratzentimeter, in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 bis etwa 3 Quadratzentimeter und in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 bis etwa 2 Quadratzentimeter liegen.The Cathode of the liquid electrolytic capacitor contains a metal substrate containing any metal, such as tantalum, niobium, aluminum, Nickel, hafnium, titanium, copper, silver, steel (eg stainless steel), Alloys thereof (eg electrically conductive oxides), Composites thereof (eg with electrically conductive oxide coated metal), etc. may contain. Titanium metals and alloys thereof are particularly suitable for use in the present invention well suited. The geometric configuration of the substrate can in general, as is well known to those skilled in the art, such as in the form of a container, cup, a foil, plate, Sieve, mesh, etc. The surface of the substrate may be in Range from about 0.05 to about 5 square centimeters, in some embodiments from about 0.1 to about 3 square centimeters, and in some embodiments about 0.5 to about 2 square centimeters.

Eine Beschichtung aus einem leitfähigen Polymer befindet sich ebenfalls auf dem Metallsubstrat. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, glauben die Erfinder, dass das Aufladen des Kondensators auf eine hohe Spannung (z. B. höher als die Bildungsspannung) Ionen aus dem Elektrolyten in die Polymerschicht drängt, was durch den kleinen Benetzungswinkel von wässrigen Elektrolyten in leitfähigen Polymersystemen noch gefördert wird. Die Bewegung der Ionen bewirkt, dass das Polymer ”aufquillt” und die Ionen in der Nähe der Elektrodenoberfläche zurückhält, wodurch die Ladungsdichte erhöht wird. Da das leitfähige Polymer im Allgemeinen amorph und nichtkristallin ist, kann es dennoch auch die mit der hohen Spannung verbundene Wärme ableiten und/oder absorbieren. Außerdem wird angenommen, dass das leitfähige Polymer bei der Entladung ”sich entspannt” und Ionen im Elektrolyten sich aus der Polymerschicht herausbewegen lässt. Durch diesen Quell- und Entspannungsmechanismus kann die Ladungsdichte in der Nähe der Elektrode ohne eine chemische Reaktion mit dem Elektrolyten erhöht werden.A Coating of a conductive polymer is located also on the metal substrate. Without focusing on a specific theory wanting to commit, the inventors believe that charging the Capacitor to a high voltage (eg higher than the Formation stress) ions from the electrolyte into the polymer layer urges, which is due to the small wetting angle of aqueous Electrolytes in conductive polymer systems still promoted becomes. The movement of the ions causes the polymer to "swell" and the ions near the electrode surface holds back, which increases the charge density becomes. As the conductive polymer is generally amorphous and Non-crystalline, it can still be connected to the high voltage Dissipate and / or absorb heat. Furthermore It is assumed that the conductive polymer is "discharged" during the discharge Relaxed "and ions in the electrolyte from the polymer layer move out. Through this source and relaxation mechanism The charge density can be near the electrode without a chemical reaction with the electrolyte can be increased.

Allgemein gesagt sind leitfähige Polymere π-konjugierte Polymere, die nach Oxidation oder Reduktion elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Beispiele für solche leitfähigen Polymere sind zum Beispiel Polypyrrole, Polythiophene, Polyaniline, Polyacetylene, Poly-p-phenylene (z. B. Poly-p-phenylensulfid oder Poly(p-phenylenvinylen)), Polyfluorene, Polytetrathiafulvalene, Polynaphthaline, Derivate der obigen Polymere, Gemische davon usw. Eine besonders gut geeignete Klasse von leitfähigen Polymeren sind Poly(alkylenthiophene), wie Poly(3,4-ethylendioxythiophen) (”PEDT”). Verschiedene geeignete leitfähige Polymere sind auch in den US-Patenten 7,471,503 (Bruner et al.), 7,411,779 (Merker et al.), 7,377,947 (Merker et al.), 7,341,801 (Reuter et al.), 7,279,015 (Merker), 7,154,740 (Merker et al.), 6,987,663 (Merker et al.) und 4,910,645 (Jonas et al.) beschrieben, auf die hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.Generally speaking, conductive polymers are π-conjugated polymers that exhibit electrical conductivity after oxidation or reduction. Examples of such conductive polymers include, for example, polypyrroles, polythiophenes, polyanilines, polyacetylenes, poly-p-phenylenes (e.g., poly-p-phenylene sulfide or poly (p-phenylenevinylene)), polyfluorenes, polytetrathafulvenes, polynaphthalenes, derivatives of the above polymers , Mixtures thereof, etc. A particularly suitable class of conductive polymers are poly (alkylene thiophenes), such as poly (3,4-ethylenedioxythiophene) ("PEDT"). Various suitable conductive polymers are also known in the U.S. Patents 7,471,503 (Bruner et al.), 7,411,779 (Merker et al.), 7,377,947 (Merker et al.), 7,341,801 (Reuter et al.), 7,279,015 (Flag), 7,154,740 (Merker et al.), 6,987,663 (Merker et al.) And 4,910,645 (Jonas et al.), To which express reference is made for all purposes.

Es können auch andere Materialien für vielfältige Zwecke in der Beschichtung aus dem leitfähigen Polymer eingesetzt werden. Zum Beispiel können leitfähige Füllstoffe, wie Aktivkohle, Ruß, Graphit usw., eingesetzt werden, um die Leitfähigkeit zu erhöhen. Einige geeignete Formen von Aktivkohle und Techniken für deren Bildung sind in den US-Patenten Nr. 5,726,118 (Ivey et al.), 5,858,911 (Wellen et al.) sowie in der US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2003/0158342 (Shinozaki et al.) beschrieben, auf die alle hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird. Zuweilen können polymere Anionen eingesetzt werden, um zu jeder Ladung, die mit dem leitfähigen Polymer verbunden ist, einen Gegenpol zu bilden. Bei den Anionen kann es sich zum Beispiel um polymere Carbonsäuren, wie Polyacrylsäuren, Polymethacrylsäure oder Polymaleinsäuren, oder um polymere Sulfonsäuren, wie Polystyrolsulfonsäuren (”PSS”) und Polyvinylsulfonsäuren, handeln. Wenn sie eingesetzt werden, können solche polymeren Anionen und leitfähigen Polymere in einem Gewichtsverhältnis von etwa 0,5:1 bis etwa 50:1, in einigen Ausführungsformen etwa 1:1 bis etwa 30:1 und in einigen Ausführungsformen etwa 2:1 bis etwa 20:1 vorhanden sein.Other materials can also be used for a variety of purposes in the conductive polymer coating. For example, conductive fillers such as activated carbon, carbon black, graphite, etc. may be used to increase conductivity. Some suitable forms of activated carbon and techniques for their formation are in the U.S. Pat. Nos. 5,726,118 (Ivey et al.), 5,858,911 (Wellen et al.) And US Patent Application Publication No. 2003/0158342 (Shinozaki et al.), All of which are expressly incorporated herein by reference. At times, polymeric anions may be employed to form an antipode to any charge associated with the conductive polymer. The anions may be, for example, polymeric carboxylic acids such as polyacrylic acids, polymethacrylic acid or polymaleic acids, or polymeric sulfonic acids such as polystyrenesulfonic acids ("PSS") and polyvinylsulfonic acids. When employed, such polymeric anions and conductive polymers may be present in a weight ratio of from about 0.5: 1 to about 50: 1, in some embodiments from about 1: 1 to about 30: 1, and in some embodiments from about 2: 1 to about Be present 20: 1.

Das leitfähige Polymer kann in Form von einer oder mehreren Schichten auf das Metallsubstrat aufgetragen werden und kann mit Hilfe einer Vielzahl von bekannten Techniken gebildet werden. Zum Beispiel können Techniken wie Siebdruck, Tauchbeschichtung, elektrophoretische Beschichtung und Sprühen verwendet werden, um die Beschichtung zu bilden. In einer Ausführungsform können zum Beispiel die zur Bildung des leitfähigen Polymers (z. B. PEDT) verwendeten Monomere zunächst unter Bildung einer Dispersion mit einem Polymerisationskatalysator gemischt werden. Ein geeigneter Polymerisationskatalysator ist CLEVIOS C (Bayer Corporation), bei dem es sich um Eisen(III)toluolsulfonat und n-Butanol handelt. CLEVIOS C ist ein kommerziell erhältlicher Katalysator für CLEVIOS M, bei dem es sich um 3,4-Ethylendioxythiophen handelt, ein PEDT-Monomer, das ebenfalls von der Bayer Corporation vertrieben wird. Sobald eine Dispersion entstanden ist, kann das Substrat in die Dispersion eingetaucht werden, so dass das leitfähige Polymer entsteht. Alternativ dazu können der Katalysator und das oder die Monomere auch getrennt aufgetragen werden. Zum Beispiel kann der Katalysator in einem Lösungsmittel (z. B. Butanol) gelöst und dann als Tauchlösung aufgetragen werden. Obwohl oben verschiedene Verfahren beschrieben wurden, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass auch jedes andere Verfahren zum Auftragen der Beschichtung, die das leitfähige Polymer umfasst, verwendet werden kann. Andere Verfahren zum Auftragen einer solchen Beschichtung, die ein oder mehrere leitfähige Polymere umfasst, sind zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 5,457,862 (Sakata et al.), 5,473,503 (Sakata et al.), 5,729,428 (Sakata et al.) und 5,812,367 (Kudoh et al.) beschrieben, auf die hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.The conductive polymer may be applied to the metal substrate in the form of one or more layers and may be formed by a variety of known techniques. For example, techniques such as screen printing, dip coating, electrophoretic coating and spraying can be used to form the coating. For example, in one embodiment, the monomers used to form the conductive polymer (eg, PEDT) may be first mixed with a polymerization catalyst to form a dispersion. A suitable polymerization catalyst is CLEVIOS C (Bayer Corporation), which is iron (III) toluenesulfonate and n-butanol. CLEVIOS C is a commercially available catalyst for CLEVIOS M, which is 3,4-ethylenedioxythiophene, a PEDT monomer also marketed by Bayer Corporation. Once a dispersion is formed, the substrate can be immersed in the dispersion to form the conductive polymer. Alternatively, the catalyst and monomer (s) may also be applied separately. For example, the catalyst may be dissolved in a solvent (eg, butanol) and then applied as a dipping solution. Although various methods have been described above, it should be understood that any other method of applying the coating comprising the conductive polymer may be used. Other methods of applying such a coating comprising one or more conductive polymers are disclosed, for example, in U.S. Pat U.S. Pat. Nos. 5,457,862 (Sakata et al.), 5,473,503 (Sakata et al.), 5,729,428 (Sakata et al.) And 5,812,367 (Kudoh et al.), Which is hereby expressly incorporated by reference.

Die physikalische Anordnung der Anode, Kathode und des Elektrolyten des Kondensators kann im Allgemeinen variieren, wie in der Technik wohlbekannt ist. In 1 ist zum Beispiel eine Ausführungsform eines Elektrolytkondensators 40 gezeigt, die einen flüssigen Elektrolyten 44 umfasst, der sich zwischen einer Anode 20 und einer Kathode 43 befindet. Die Anode 20 enthält eine dielektrische Schicht 21 und ist mit einem Anschluss 42 (z. B. Tantaidraht) eingebettet. Die Kathode 43 wird aus einem Substrat 41, wie es oben beschrieben ist, und einer leitfähigen Polymerbeschichtung 49 gebildet. In dieser Ausführungsform liegt das Kathodensubstrat 41 in Form eines zylinderförmigen ”Bechers” mit daran befestigtem Deckel vor. Eine Dichtung 23 (z. B. Glas-Metall), die die Anode 20 mit der Kathode 43 verbindet und abdichtet, kann ebenfalls eingesetzt werden. Falls gewünscht, kann sich ein Separator (z. B. Papier, Kunststofffasern, Glasfasern, poröse Membranen und ionendurchlässige Materialien, wie NafionTM) zwischen der Kathode 43 und der Anode 20 befinden, um einen direkten Kontakt zwischen der Anode und der Kathode zu verhindern und dennoch einen Ionenstrom von dem Elektrolyten 44 zu den Elektroden zuzulassen.The physical arrangement of the anode, cathode and the electrolyte of the capacitor may generally vary as is well known in the art. In 1 For example, one embodiment is an electrolytic capacitor 40 shown a liquid electrolyte 44 which covers itself between an anode 20 and a cathode 43 located. The anode 20 contains a dielectric layer 21 and is with a connection 42 (eg tantai wire) embedded. The cathode 43 becomes from a substrate 41 as described above and a conductive polymer coating 49 educated. In this embodiment, the cathode substrate is located 41 in the form of a cylindrical "cup" with attached lid in front. A seal 23 (For example, glass-metal), which is the anode 20 with the cathode 43 connects and seals, can also be used. If desired, a separator (e.g., paper, plastic fibers, glass fibers, porous membranes, and ion permeable materials such as Nafion ) may be interposed between the cathode 43 and the anode 20 in order to prevent direct contact between the anode and the cathode and yet an ion current from the electrolyte 44 to allow for the electrodes.

Der Elektrolytkondensator der vorliegenden Erfindung kann in verschiedenen Anwendungen verwendet werden; dazu gehören unter anderem medizinische Geräte, wie implantierbare Defibrillatoren, Schrittmacher, Kardioverter, Nervenstimulatoren, Wirkstoffverabreichungsvorrichtungen usw., Kraftfahrzeuganwendungen, militärische Anwendungen, wie RADAR-Systeme, Unterhaltungselektronik, wie Radios, TV-Geräte usw., usw. In einer Ausführungsform kann der Kondensator zum Beispiel in einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung eingesetzt werden, die so konfiguriert ist, dass sie für eine Behandlung eines Patienten mit einer therapeutischen Hochspannung sorgt (z. B. zwischen ungefähr 500 Volt und ungefähr 850 Volt oder wünschenswerterweise zwischen ungefähr 600 Volt und ungefähr 900 Volt). Die Vorrichtung kann einen Behälter oder ein Gehäuse enthalten, der bzw. das hermetisch abgedichtet und biologisch inert ist. Ein oder mehrere Anschlüsse werden über eine Ader elektrisch zwischen der Vorrichtung und dem Herzen des Patienten gekoppelt. Herzelektroden werden bereitgestellt, um die Herzaktivität zu überwachen und/oder eine Spannung an das Herz anzulegen. Wenigstens ein Teil der Anschlüsse (z. B. ein Endteil der Anschlüsse) kann in der Nähe oder in Kontakt mit einer Kammer und/oder einem Vorhof des Herzens bereitgestellt werden. Die Vorrichtung enthält auch eine Kondensatorgruppe, die typischerweise zwei oder mehr Kondensatoren enthält, die in Reihe geschaltet sind und mit einer Batterie gekoppelt sind, die intern oder extern in Bezug auf die Vorrichtung angeordnet ist und der Kondensatorgruppe Energie liefert. Teilweise aufgrund der hohen Leitfähigkeit kann der Kondensator der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete elektrische Eigenschaften erreichen und somit zur Verwendung in der Kondensatorgruppe der implantierbaren medizinischen Vorrichtung geeignet sein.The electrolytic capacitor of the present invention can be used in various applications; These include, but are not limited to, medical devices such as implantable defibrillators, pacemakers, cardioverter, nerve stimulators, drug delivery devices, etc., automotive applications, military applications such as RADAR systems, consumer electronics such as radios, televisions, etc., etc. In one embodiment, the capacitor For example, in an implantable medical device configured to provide for a therapeutic high voltage treatment of a patient (eg, between about 500 volts and about 850 volts, or desirably between about 600 volts and about 900 volts) ). The device may include a container or housing that is hermetically sealed and biologically inert. One or more terminals are electrically coupled via a wire between the device and the patient's heart. Heart electrodes are provided to monitor heart activity and / or apply voltage to the heart. At least a portion of the terminals (eg, an end portion of the terminals) may be provided near or in contact with a chamber and / or atrium of the heart. The device also includes a capacitor array, which typically includes two or more capacitors connected in series and coupled to a battery that is internally or externally disposed with respect to the device and the capacitor group provides energy. Partly due to the high conductivity, the capacitor of the present invention can achieve excellent electrical properties and thus be suitable for use in the capacitor array of the implantable medical device.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele besser verständlich.The The present invention will be better understood from the following examples understandable.

Beispiel 1example 1

Ein Elektrolyt wurde gebildet, indem man 10,65 Gramm Ammoniumadipat (NH4OC(O)(CH2)4C(O)ONH4) in 55 Millilitern deionisiertem Wasser löste. Danach wurden 26 Milliliter Ethylenglycol und 0,5 Gramm H3PO4 (85%) zu der Lösung gegeben.An electrolyte was formed by dissolving 10.65 grams of ammonium adipate (NH 4 OC (O) (CH 2 ) 4 C (O) ONH 4 ) in 55 milliliters of deionized water. Thereafter, 26 milliliters of ethylene glycol and 0.5 grams of H 3 PO 4 (85%) were added to the solution.

Beispiel 2Example 2

Ein Elektrolyt wurde so gebildet, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, außer dass 5,3 Gramm Ammoniumadipat eingesetzt wurden.One Electrolyte was formed as described in Example 1, except that 5.3 grams of ammonium adipate was used.

Beispiel 3Example 3

Ein Elektrolyt wurde so gebildet, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, außer dass 2,65 Gramm Ammoniumadipat eingesetzt wurden.One Electrolyte was formed as described in Example 1, except that 2.65 grams of ammonium adipate was used.

Beispiel 4Example 4

Ein Elektrolyt wurde gebildet, indem man 10,65 Gramm Ammoniumadipat in 55 Millilitern deionisiertem Wasser löste. Danach wurden 26 Milliliter Ethylenglycol, 0,1 Gramm 3-Methyl-4-nitrobenzoesäure (”MNBA”) und 0,5 Gramm H3PO4 (85%) zu der Lösung gegeben.An electrolyte was formed by dissolving 10.65 grams of ammonium adipate in 55 milliliters of deionized water. Thereafter, 26 milliliters of ethylene glycol, 0.1 grams of 3-methyl-4-nitrobenzoic acid ("MNBA") and 0.5 grams of H 3 PO 4 (85%) were added to the solution.

Beispiel 5Example 5

Ein Elektrolyt wurde so gebildet, wie es in Beispiel 4 beschrieben ist, außer dass 5,3 Gramm Ammoniumadipat eingesetzt wurden.One Electrolyte was formed as described in Example 4, except that 5.3 grams of ammonium adipate was used.

Beispiel 6Example 6

Ein Elektrolyt wurde so gebildet, wie es in Beispiel 4 beschrieben ist, außer dass 2,65 Gramm Ammoniumadipat eingesetzt wurden.One Electrolyte was formed as described in Example 4, except that 2.65 grams of ammonium adipate was used.

Beispiel 7Example 7

Ein Elektrolyt wurde gebildet, indem man 10,65 Gramm Ammoniumacetat (NH4OC(O)CH3) in 55 Millilitern deionisiertem Wasser löste. Danach wurden 26 Milliliter Ethylenglycol und 0,5 Gramm H3PO4 (85%) zu der Lösung gegeben.An electrolyte was formed by dissolving 10.65 grams of ammonium acetate (NH 4 OC (O) CH 3 ) in 55 milliliters of deionized water. Thereafter, 26 milliliters of ethylene glycol and 0.5 grams of H 3 PO 4 (85%) were added to the solution.

Beispiel 8Example 8

Ein Elektrolyt wurde so gebildet, wie es in Beispiel 7 beschrieben ist, außer dass 5,3 Gramm Ammoniumacetat eingesetzt wurden.One Electrolyte was formed as described in Example 7, except that 5.3 grams of ammonium acetate were used.

Beispiel 9Example 9

Ein Elektrolyt wurde so gebildet, wie es in Beispiel 7 beschrieben ist, außer dass 2,65 Gramm Ammoniumacetat eingesetzt wurden.One Electrolyte was formed as described in Example 7, except that 2.65 grams of ammonium acetate was used.

Beispiel 10Example 10

Ein Elektrolyt wurde gebildet, indem man 10,65 Gramm Natriumacetat (NaOC(O)CH3) in 55 Millilitern deionisiertem Wasser löste. Danach wurden 26 Milliliter Ethylenglycol und 0,5 Gramm H3PO4 (85%) zu der Lösung gegeben.An electrolyte was formed by dissolving 10.65 grams of sodium acetate (NaOC (O) CH 3 ) in 55 milliliters of deionized water. Thereafter, 26 milliliters of ethylene glycol and 0.5 grams of H 3 PO 4 (85%) were added to the solution.

Beispiel 11Example 11

Ein Elektrolyt wurde so gebildet, wie es in Beispiel 10 beschrieben ist, außer dass 5,3 Gramm Natriumacetat eingesetzt wurden.One Electrolyte was formed as described in Example 10 except that 5.3 grams of sodium acetate was used.

Beispiel 12Example 12

Ein Elektrolyt wurde so gebildet, wie es in Beispiel 10 beschrieben ist, außer dass 2,65 Gramm Natriumacetat eingesetzt wurden.One Electrolyte was formed as described in Example 10 except that 2.65 grams of sodium acetate was used.

Beispiel 13Example 13

Ein Elektrolyt wurde gebildet, indem man 5,3 Gramm Lithiumacetat (LiOC(O)CH3) in 55 Millilitern deionisiertem Wasser löste. Danach wurden 26 Milliliter Ethylenglycol und 0,5 Gramm H3PO4 (85%) zu der Lösung gegeben.An electrolyte was formed by dissolving 5.3 grams of lithium acetate (LiOC (O) CH 3 ) in 55 milliliters of deionized water. Thereafter, 26 milliliters of ethylene glycol and 0.5 grams of H 3 PO 4 (85%) were added to the solution.

Beispiel 14Example 14

Ein Elektrolyt wurde so gebildet, wie es in Beispiel 13 beschrieben ist, außer dass 2,65 Gramm Lithiumacetat eingesetzt wurden.One Electrolyte was formed as described in Example 13 except that 2.65 grams of lithium acetate was used.

Beispiel 15Example 15

Ein Elektrolyt wurde gebildet, indem man 2,65 Gramm Lithiumlactat (LiOC(O)CH(OH)CH3) in 55 Millilitern deionisiertem Wasser löste. Danach wurden 26 Milliliter Ethylenglycol und 0,5 Gramm H3PO4 (85%) zu der Lösung gegeben.An electrolyte was formed by dissolving 2.65 grams of lithium lactate (LiOC (O) CH (OH) CH 3 ) in 55 milliliters of deionized water. Thereafter, 26 milliliters of ethylene glycol and 0.5 grams of H 3 PO 4 (85%) were added to the solution.

Beispiel 16Example 16

Ein Elektrolyt wurde gebildet, indem man 2 Gramm Ammoniumoxalat (NH4OC(O)C(O)ONH4) in 54 Millilitern deionisiertem Wasser löste. Danach wurden 26 Milliliter Ethylenglycol und 0,5 Gramm H3PO4 (85%) zu der Lösung gegeben.An electrolyte was formed by dissolving 2 grams of ammonium oxalate (NH 4 OC (O) C (O) ONH 4 ) in 54 milliliters of deionized water. Thereafter, 26 milliliters of ethylene glycol and 0.5 grams of H 3 PO 4 (85%) were added to the solution.

Beispiel 17Example 17

Ein Elektrolyt wurde so gebildet, wie es in Beispiel 16 beschrieben ist, außer dass 1 Gramm Ammoniumoxalat eingesetzt wurde.One Electrolyte was formed as described in Example 16 except that 1 gram of ammonium oxalate was used.

Beispiel 18Example 18

Ein Elektrolyt wurde so gebildet, wie es in Beispiel 16 beschrieben ist, außer dass 0,5 Gramm Ammoniumoxalat eingesetzt wurden.One Electrolyte was formed as described in Example 16 except that 0.5 grams of ammonium oxalate was used.

Beispiel 19Example 19

Ein Elektrolyt wurde gebildet, indem man 2 Gramm Ammoniumtartrat (NH4OC(O)CH(OH)CH(OH)C(O)ONH4) in 54 Millilitern deionisiertem Wasser löste. Danach wurden 26 Milliliter Ethylenglycol und 0,5 Gramm H3PO4 (85%) zu der Lösung gegeben.An electrolyte was formed by dissolving 2 grams of ammonium tartrate (NH 4 OC (O) CH (OH) CH (OH) C (O) ONH 4 ) in 54 milliliters of deionized water. Thereafter, 26 milliliters of ethylene glycol and 0.5 grams of H 3 PO 4 (85%) were added to the solution.

Beispiel 20Example 20

Ein Elektrolyt wurde so gebildet, wie es in Beispiel 19 beschrieben ist, außer dass 1 Gramm Ammoniumtartrat eingesetzt wurde.One Electrolyte was formed as described in Example 19 except that 1 gram of ammonium tartrate was used.

Beispiel 21Example 21

Ein Elektrolyt wurde so gebildet, wie es in Beispiel 19 beschrieben ist, außer dass 0,5 Gramm Ammoniumtartrat eingesetzt wurden.One Electrolyte was formed as described in Example 19 except that 0.5 grams of ammonium tartrate was used.

Beispiel 22Example 22

Ein Elektrolyt wurde gebildet, indem man 2,7 Gramm Dinatriumtartrat (NaOC(O)CH(OH)CH(OH)C(O)ONa) in 54 Millilitern deionisiertem Wasser löste. Danach wurden 26 Milliliter Ethylenglycol und 0,5 Gramm H3PO4 (85%) zu der Lösung gegeben.An electrolyte was formed by dissolving 2.7 grams of disodium tartrate (NaOC (O) CH (OH) CH (OH) C (O) ONa) in 54 milliliters of deionized water. Thereafter, 26 milliliters of ethylene glycol and 0.5 grams of H 3 PO 4 (85%) were added to the solution.

Testen der BeispieleTesting the examples

Verschiedene Eigenschaften der Elektrolyte der Beispiele 1–14 und 16–22 wurden getestet. Insbesondere wurde ein Metallsubstrat gebildet, indem man einen Titanbecher entfettete und ihn mit Oxalsäure (10 Gew.-% wässrige Lösung) ätzte, das Blech trocknete und seine innere Oberfläche mit Sandpapier und einem Dremel-Werkzeug aufraute. Die aufgeraute Oberfläche wurde anschließend mit PEDT-Polymer beschichtet. Die Beschichtung wurde aufgetragen, indem man das Titanmetall in eine Lösung von CLEVIOS C in 1-Butanol eintauchte. Nachdem das CLEVIOS C aufgetragen war, wurde das Metall in CLEVIOS M eingetaucht und 30 Minuten lang in einen Kasten mit geregelter Feuchtigkeit und Temperatur gebracht. Die relative Feuchtigkeit der Kammer lag im Bereich von 75 bis 85%, und die Temperatur lag im Bereich von 22°C bis 25°C. Danach wurde das beschichtete Metall viermal mit Methanol oder Ethanol gewaschen, um unpolymerisiertes Material und die Reste des Baytron C zu entfernen. Der endgültige Trocknungsschritt wurde ebenfalls in einer Kammer mit geregelter Feuchtigkeit bei einer relativen Feuchtigkeit von etwa 60% durchgeführt. Die Beschichtungs-, Wasch- und Trocknungsschritte wurden viermal wiederholt, um eine Beschichtungsdicke von etwa 20 bis 50 μm auf dem Titanmetall zu erreichen.Various Properties of the electrolytes of Examples 1-14 and 16-22 Were tested. In particular, a metal substrate was formed, by defatting a titanium mug and adding it to oxalic acid (10 wt .-% aqueous solution) etched, the Sheet dried and its inner surface with sandpaper and roughen a Dremel tool. The roughened surface was subsequently coated with PEDT polymer. The coating was applied by placing the titanium metal in a solution of CLEVIOS C in 1-butanol. After the CLEVIOS C applied was, the metal was immersed in CLEVIOS M and for 30 minutes placed in a box with controlled humidity and temperature. The relative humidity of the chamber ranged from 75 to 85%, and the temperature ranged from 22 ° C to 25 ° C. Thereafter, the coated metal was washed four times with methanol or ethanol washed to unpolymerized material and the remains of Baytron C to remove. The final drying step was also in a chamber with controlled humidity at one relative humidity of about 60%. The coating, washing and and drying steps were repeated four times to obtain a coating thickness of about 20 to 50 microns on the titanium metal to achieve.

Dann wurde die resultierende Kathode in den Elektrolyten eingetaucht. Um den Elektrolyten zu testen, wurde ein poröser zylindrischer Tantalkörper als Anode verwendet, der ein bei 205 V gebildetes Tantalpentoxid-Dielektrikum enthielt. Ein Polypropylen-Separatormaterial wurde mit dem Elektrolyten benetzt. Der Anodenkörper wurde vollständig in den Elektrolyten eingetaucht und dann wieder herausgezogen, um das benetzte Separatormaterial zu befestigen. Mit dem Separator um die Anode wurde die Anordnung in den Elektrolyten gebracht, bevor dieser 15 Minuten lang in einen Vakuumofen gegeben wurde. Getrennt davon wurde die Titankathode mit 1 Milliliter des Elektrolyten gefüllt. Danach wurde die Anode mit dem Separator in den Titanbecher gebracht. Die Anordnung wurde an eine Stromquelle angeschlossen (Pluspol an die zylindrische Anode und Minuspol an den Titanbecher) und über einen 1-kΩ-Widerstand mit einer Stromstärke im Bereich von 10 bis 40 Milliampère aufgeladen. Der Ladestrom beeinflusste die Ladezeit, die im Bereich von 4,3 Sekunden bei 10 mA bis 1,3 Sekunden bei 40 mA lag. Die Anordnung wurde bis zu der durch die Stromquelle eingestellten Spannung aufgeladen. Nachdem die Zelle bis zur eingestellten Spannung aufgeladen worden war, wurde sie mehrere Minuten lang mit dem Ladestrom gehalten. Dann wurde die Zelle über einen 100-Ω-Widerstand entladen.Then The resulting cathode was immersed in the electrolyte. To test the electrolyte, it became a porous cylindrical one Tantalum body used as the anode, which is a formed at 205 V. Tantalum pentoxide dielectric contained. A polypropylene separator material was wetted with the electrolyte. The anode body was completely immersed in the electrolyte and then again withdrawn to secure the wetted separator material. With the separator around the anode, the assembly was placed in the electrolyte, before being placed in a vacuum oven for 15 minutes. Separately, the titanium cathode was made with 1 milliliter of the electrolyte filled. Thereafter, the anode with the separator in the Titanium cup brought. The arrangement was connected to a power source (Positive pole to the cylindrical anode and negative pole to the titanium cup) and a 1 kΩ resistor with one amperage charged in the range of 10 to 40 milliamps. The charging current influenced the load time, which was in the range of 4.3 seconds at 10 mA was up to 1.3 seconds at 40 mA. The arrangement was up to the Charged voltage set by the power source. After this the cell had been charged to the set voltage, she was held for several minutes with the charging current. Then The cell was discharged via a 100 Ω resistor.

Der pH-Wert, die Spannung, die Ladezeit und die Entladungszeit wurden gemessen. Die Ergebnisse sind unten in den Tabellen 1 bis 5 gezeigt. Tabelle 1: Eigenschaften der Beispiele 1 bis 6 Bsp. Salz % Ionenleitf. (mS/cm, 25°C) pH Spannung (V) Entladungskap. (μF) Energie (J) Ladezeit (s) Entladungszeit (ms) 1 Ammoniumadipat 11,7 39,9 6,48 240 200 5,8 3,5 210 2 Ammoniumadipat 5,8 26,6 6,07 270 190 6,9 4,2 280 3 Ammoniumadipat 2,9 14,2 5,63 280 158 6,2 4,3 290 4 Ammoniumadipat 11,7 40,3 6,33 - - - - - 5 Ammoniumadipat 5,8 26,5 5,93 270 200 7,3 4,0 180 6 Ammoniumadipat 2,9 13,9 5,57 280 195 7,6 4,2 210 The pH, voltage, charging time and discharge time were measured. The results are shown below in Tables 1 to 5. Table 1: Properties of Examples 1 to 6 Ex. salt % Ionenleitf. (mS / cm, 25 ° C) pH Voltage (V) Entladungskap. (Microfarads) Energy (J) Loading time (s) Discharge time (ms) 1 ammonium adipate 11.7 39.9 6.48 240 200 5.8 3.5 210 2 ammonium adipate 5.8 26.6 6.07 270 190 6.9 4.2 280 3 ammonium adipate 2.9 14.2 5.63 280 158 6.2 4.3 290 4 ammonium adipate 11.7 40.3 6.33 - - - - - 5 ammonium adipate 5.8 26.5 5.93 270 200 7.3 4.0 180 6 ammonium adipate 2.9 13.9 5.57 280 195 7.6 4.2 210

Das Testen der Ammoniumadipat-Elektrolyten führte zu Zellen, die auf 280 V aufgeladen werden konnten. Im Vergleich dazu wurde bestimmt, dass gleichartige Zellen, bei denen 5 M H2SO4 als Elektrolyt eingesetzt wurde, nur auf 140 V aufgeladen werden konnten. Wie angegeben, führte eine Senkung der Menge des Ammoniumadipats in den Elektrolyten der Grundzubereitung zu einer Erhöhung der gespeicherten Potentialenergie. Weiterhin lag die Ionenleitfähigkeit der Ammoniumadipat-Elektrolyten im Bereich von etwa 13,9 bis 40,3 mS/cm, was signifikant weniger war als die Ionenleitfähigkeit des 5-M-H2SO4-Elektrolyten (ca. 1000 mS/cm). Tabelle 2: Eigenschaften der Beispiele 7 bis 9 Bsp. Salz % Ionenleltf (mS/cm, 25°C) pH Spannung (V) Entladungskap. (μF) Energie (J) Ladezeit (s) Entladungszeit (ms) 7 Ammoniumacetat 11,7 39,0 6,07 230 190 5,0 1,0 152 8 Ammoniumacetat 5,8 26,0 5,86 250 180 5,6 1,0 184 9 Ammoniumacetat 2,9 14,9 5,48 280 180 7,1 1,3 204 Testing of the ammonium adipate electrolyte resulted in cells that could be charged to 280V. By comparison, it was determined that similar cells using 5MH 2 SO 4 as the electrolyte could only be charged to 140V. As indicated, lowering the amount of ammonium adipate in the electrolyte of the base formulation increased the stored potential energy. Furthermore, the ionic conductivity of the ammonium adipate electrolyte ranged from about 13.9 to 40.3 mS / cm, which was significantly less than the ionic conductivity of the 5-MH 2 SO 4 electrolyte (about 1000 mS / cm). Table 2: Properties of Examples 7 to 9 Ex. salt % Ionleltf (mS / cm, 25 ° C) pH Voltage (V) Entladungskap. (Microfarads) Energy (J) Loading time (s) Discharge time (ms) 7 ammonium acetate 11.7 39.0 6.07 230 190 5.0 1.0 152 8th ammonium acetate 5.8 26.0 5.86 250 180 5.6 1.0 184 9 ammonium acetate 2.9 14.9 5.48 280 180 7.1 1.3 204

Die Ammoniumacetat-Elektrolyten zeigten ein ähnliches Verhalten wie die Ammoniumadipat-Elektrolyten der Beispiele 1 bis 6. Tabelle 3: Eigenschaften der Beispiele 10 bis 14 Bsp. Salz % Ionenleltf. (mS/cm, 25°C) pH Spannung (V) Entladungskap. (μF) Energie (J) Ladezeit (s) Entladungszeit (ms) 10 Natriumacetat 11,7 26,0 6,14 150 180 2,0 0,9 128 11 Natriumacetat 5,8 18,2 6,04 210 190 4,2 0,9 152 12 Natriumacetat 2,9 8,6 4,94 250 190 5,9 1,1 184 13 Lithiumacetat 5,8 10,3 5,24 230 195 5,2 1,0 162 14 Lithiumacetat 2,9 5,8 5,12 280 210 8,2 1,4 230 The ammonium acetate electrolytes showed similar behavior to the ammonium adipate electrolytes of Examples 1 to 6. Table 3: Properties of Examples 10 to 14 Ex. salt % Ionenleltf. (mS / cm, 25 ° C) pH Voltage (V) Entladungskap. (Microfarads) Energy (J) Loading time (s) Discharge time (ms) 10 sodium 11.7 26.0 6.14 150 180 2.0 0.9 128 11 sodium 5.8 18.2 6.04 210 190 4.2 0.9 152 12 sodium 2.9 8.6 4.94 250 190 5.9 1.1 184 13 lithium 5.8 10.3 5.24 230 195 5.2 1.0 162 14 lithium 2.9 5.8 5.12 280 210 8.2 1.4 230

Die Natrium- und Lithiumacetat-Elektrolyten zeigten ein ähnliches Verhalten wie die Ammoniumadipat-Elektrolyten der Beispiele 1 bis 6. Tabelle 4: Eigenschaften der Beispiele 16 bis 21 Bsp. Salz % Ionenleltf (mS/cm, 25°C) pH Spannung (V) Entladungskap. (μF) Energie (J) Ladezeit (s) Entladungszeit (ms) 16 Ammoniumoxalat 2,4 6,8 4,5 290 200 8,4 - - 17 Ammoniumoxalat 1,2 4,3 4,5 290 200 8,4 - - 18 Ammoniumoxalat 0,6 2,3 4,0 290 200 8,4 - - 19 Ammoniumtartrat 2,4 9,1 4,7 280 200 7,8 - - 20 Ammoniumtartrat 1,2 5,1 4,4 290 200 8,4 - - 21 Ammoniumtartrat 0,6 2,7 3,8 270 200 7,3 - - The sodium and lithium acetate electrolytes behaved similarly to the ammonium adipate electrolytes of Examples 1-6. Table 4: Properties of Examples 16-21 Ex. salt % Ionleltf (mS / cm, 25 ° C) pH Voltage (V) Entladungskap. (Microfarads) Energy (J) Loading time (s) Discharge time (ms) 16 ammonium oxalate 2.4 6.8 4.5 290 200 8.4 - - 17 ammonium oxalate 1.2 4.3 4.5 290 200 8.4 - - 18 ammonium oxalate 0.6 2.3 4.0 290 200 8.4 - - 19 ammonium tartrate 2.4 9.1 4.7 280 200 7.8 - - 20 ammonium tartrate 1.2 5.1 4.4 290 200 8.4 - - 21 ammonium tartrate 0.6 2.7 3.8 270 200 7.3 - -

Wie angegeben, ließen sich die Ammoniumoxalat- und -tartrat-Elektrolyten leicht auf Spannungen von bis zu 290 V aufladen. Vermutlich wurden solche hohen Spannungen erreicht, weil die Löslichkeitsgrenze der Ammoniumsalze von Oxalsäure und Weinsäure niedrig ist, und daher ist die maximale Konzentration im Elektrolyten begrenzt. Tabelle 5: Eigenschaften von Beispiel 22 Bsp. (mS/cm, Salz % Ionenleltf. (mS/cm, 25°C) pH Spannung (V) Entladungskap. (μF) Energie (J) Ladezeit (s) Entladungszeit (ms) 22 Natriumtartrat 2,9 6,8 4,6 280 200 7,8 As indicated, the ammonium oxalate and tartrate electrolytes were readily charged to voltages up to 290V. Presumably such high voltages have been achieved because the solubility limit of the ammonium salts of oxalic acid and tartaric acid is low, and therefore the maximum concentration in the electrolyte is limited. Table 5: Properties of Example 22 Ex. (MS / cm, salt % Ionenleltf. (mS / cm, 25 ° C) pH Voltage (V) Entladungskap. (Microfarads) Energy (J) Loading time (s) Discharge time (ms) 22 sodium tartrate 2.9 6.8 4.6 280 200 7.8

Der Natriumtartrat-Elektrolyt zeigte ein ähnliches Verhalten wie die Ammoniumtartrat-Elektrolyten der Beispiele 19 bis 21.Of the Sodium tartrate electrolyte showed a similar behavior like the ammonium tartrate electrolytes of Examples 19 to 21.

Diese und andere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung können vom Fachmann praktisch umgesetzt werden, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem sollte man sich darüber im Klaren sein, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen ganz oder teilweise gegeneinander ausgetauscht werden können. Weiterhin wird der Fachmann anerkennen, dass die obige Beschreibung nur beispielhaften Charakter hat und die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen näher beschrieben ist, nicht einschränken soll.

  • 1. Flüssigelektrolytkondensator, umfassend: einen porösen Anodenkörper, der eine durch anodische Oxidation gebildete dielektrische Schicht enthält; eine Kathode, die ein Metallsubstrat umfasst, das mit einem leitfähigen Polymer beschichtet ist; und einen wässrigen Elektrolyten, der sich in Kontakt mit der Kathode und der Anode befindet, wobei der Elektrolyt ein Salz einer schwachen organischen Säure und Wasser umfasst, wobei der Elektrolyt einen pH-Wert von etwa 4,5 bis etwa 7,0 und eine Ionenleitfähigkeit von etwa 0,1 bis etwa 30 Millisiemens pro Zentimeter hat, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C.
  • 2. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Punkt 1, wobei der Elektrolyt eine Ionenleitfähigkeit von etwa 1 bis etwa 20 Millisiemens pro Zentimeter hat, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C.
  • 3. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Punkt 1 oder 2, wobei der pH-Wert etwa 5,0 bis etwa 6,5 beträgt.
  • 4. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Punkt 1 bis 3, wobei das Salz ein einatomiges Kation enthält.
  • 5. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Punkt 4, wobei das einatomige Kation ein Alkalimetallion ist.
  • 6. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Punkt 1 bis 3, wobei das Salz ein mehratomiges Kation enthält.
  • 7. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Punkt 6, wobei das mehratomige Kation ein Ammoniumion ist.
  • 8. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei die organische Säure eine erste Säuredissoziationskonstante von etwa 2 bis etwa 10 hat, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C.
  • 9. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei die organische Säure eine Carbonsäure ist.
  • 10. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Punkt 9, wobei die Carbonsäure polyprotisch ist.
  • 11. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Punkt 10, wobei es sich bei der polyprotischen Carbonsäure um Adipinsäure, Weinsäure, Oxalsäure, Zitronensäure oder eine Kombination davon handelt.
  • 12. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei Salze einer schwachen organischen Säure etwa 0,1 bis etwa 25 Gew.-% des Elektrolyten ausmachen.
  • 13. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei Salze einer schwachen organischen Säure etwa 0,3 bis etwa 15 Gew.-% des Elektrolyten ausmachen.
  • 14. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei Wasser etwa 20 bis etwa 95 Gew.-% des Elektrolyten ausmacht.
  • 15. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei der Elektrolyt weiterhin ein sekundäres Lösungsmittel umfasst.
  • 16. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Punkt 15, wobei das sekundäre Lösungsmittel Ethylenglycol umfasst.
  • 17. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei das Metallsubstrat Titan umfasst.
  • 18. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei das leitfähige Polymer ein Polythiophen ist.
  • 19. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Punkt 18, wobei es sich bei dem Polythiophen um Poly(3,4-ethylendioxythiophen) oder ein Derivat davon handelt.
  • 20. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei der Anodenkörper aus Tantal oder aus Nioboxid besteht.
  • 21. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei das Verhältnis der Spannung, bis zu der der Kondensator aufgeladen werden kann, zur Spannung, bei der die dielektrische Schicht gebildet wird, etwa 1,0 bis 2,0 beträgt.
  • 22. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei die Spannung, bis zu der der Kondensator aufgeladen werden kann, etwa 200 bis etwa 350 V beträgt.
  • 23. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei die Spannung, bis zu der der Kondensator aufgeladen werden kann, etwa 250 bis etwa 300 V beträgt.
  • 24. Flüssigelektrolytkondensator, umfassend: einen porösen Anodenkörper, der aus Tantal oder aus Nioboxid besteht, wobei der Anodenkörper weiterhin eine durch anodische Oxidation gebildete dielektrische Schicht enthält; e ine Kathode, die ein Titansubstrat umfasst, das mit einem leitfähigen Polymer beschichtet ist, wobei das leitfähige Polymer Poly(3,4-ethylendioxythiophen) oder ein Derivat davon umfasst; und einen wässrigen Elektrolyten, der sich in Kontakt mit der Kathode und der Anode befindet, wobei der Elektrolyt ein Salz einer schwachen organischen Säure und Wasser umfasst, wobei der Elektrolyt einen pH-Wert von etwa 4,0 bis etwa 7,0 und eine Ionenleitfähigkeit von etwa 0,5 bis etwa 25 Millisiemens pro Zentimeter hat, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C.
  • 25. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Punkt 24, wobei der Elektrolyt eine Ionenleitfähigkeit von etwa 1 bis etwa 20 Millisiemens pro Zentimeter hat, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C.
These and other modifications and variations of the present invention may be practiced by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention. In addition, it should be understood that aspects of the various embodiments may be partially or completely interchanged. Furthermore, those skilled in the art will recognize that the above description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention, which is further described in the appended claims.
  • A liquid electrolytic capacitor comprising: a porous anode body containing a dielectric layer formed by anodic oxidation; a cathode comprising a metal substrate coated with a conductive polymer; and an aqueous electrolyte in contact with the cathode and the anode, wherein the electrolyte comprises a salt of a weak organic acid and water, wherein the electrolyte has a pH of about 4.5 to about 7.0 and an ionic conductivity from about 0.1 to about 30 millisiemens per centimeter, determined at a temperature of 25 ° C.
  • 2. The liquid electrolytic capacitor according to item 1, wherein the electrolyte has an ionic conductivity of about 1 to about 20 millisiemens per centimeter, determined at a temperature of 25 ° C.
  • 3. The liquid electrolytic capacitor according to item 1 or 2, wherein the pH is about 5.0 to about 6.5.
  • 4. The liquid electrolytic capacitor according to item 1 to 3, wherein the salt contains a monatomic cation.
  • 5. The liquid electrolytic capacitor according to item 4, wherein the monatomic cation is an alkali metal ion.
  • 6. The liquid electrolytic capacitor according to item 1 to 3, wherein the salt contains a polyatomic cation.
  • 7. A liquid electrolytic capacitor according to item 6, wherein the polyatomic cation is an ammonium ion.
  • 8. The liquid electrolytic capacitor according to any one of the above items, wherein the organic acid has a first acid dissociation constant of about 2 to about 10, determined at a temperature of 25 ° C.
  • 9. A liquid electrolytic capacitor according to any one of the above items, wherein the organic acid is a carboxylic acid.
  • 10. A liquid electrolytic capacitor according to item 9, wherein the carboxylic acid is polyprotic.
  • 11. The liquid electrolytic capacitor according to item 10, wherein the polyprotic carboxylic acid is adipic acid, tartaric acid, oxalic acid, citric acid or a combination thereof.
  • 12. A liquid electrolytic capacitor according to any one of the above, wherein salts of a weak organic acid make up about 0.1 to about 25% by weight of the electrolyte.
  • A liquid electrolytic capacitor according to any one of the above, wherein salts of a weak organic acid constitute from about 0.3 to about 15% by weight of the electrolyte.
  • 14. The liquid electrolytic capacitor according to any one of the above, wherein water is about 20 to about 95% by weight of the electrolyte.
  • 15. A liquid electrolytic capacitor according to any one of the above, wherein the electrolyte further comprises a secondary solvent.
  • 16. A liquid electrolytic capacitor according to item 15, wherein the secondary solvent comprises ethylene glycol.
  • 17. A liquid electrolytic capacitor according to any one of the above, wherein the metal substrate comprises titanium.
  • 18. A liquid electrolytic capacitor according to any one of the above items, wherein the conductive polymer is a polythiophene.
  • 19. A liquid electrolytic capacitor according to item 18, wherein the polythiophene is poly (3,4-ethylenedioxythiophene) or a derivative thereof.
  • 20. A liquid electrolytic capacitor according to any of the above items, wherein the anode body is tantalum or niobium oxide.
  • 21. A liquid electrolytic capacitor according to any one of the above, wherein the ratio of the voltage until to which the capacitor can be charged to the voltage at which the dielectric layer is formed is about 1.0 to 2.0.
  • 22. The liquid electrolytic capacitor according to any one of the above, wherein the voltage to which the capacitor can be charged is about 200 to about 350 volts.
  • 23. The liquid electrolytic capacitor according to any one of the above, wherein the voltage to which the capacitor can be charged is about 250 to about 300 volts.
  • 24. A liquid electrolytic capacitor comprising: a porous anode body made of tantalum or niobium oxide, said anode body further containing a dielectric layer formed by anodic oxidation; a cathode comprising a titanium substrate coated with a conductive polymer, the conductive polymer comprising poly (3,4-ethylenedioxythiophene) or a derivative thereof; and an aqueous electrolyte in contact with the cathode and the anode, wherein the electrolyte comprises a salt of a weak organic acid and water, the electrolyte having a pH of from about 4.0 to about 7.0 and an ionic conductivity from about 0.5 to about 25 millisiemens per centimeter, determined at a temperature of 25 ° C.
  • 25. The liquid electrolytic capacitor according to item 24, wherein the electrolyte has an ionic conductivity of from about 1 to about 20 millisiemens per centimeter, determined at a temperature of 25 ° C.

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Claims (16)

Flüssigelektrolytkondensator, umfassend: einen porösen Anodenkörper, der eine durch anodische Oxidation gebildete dielektrische Schicht enthält; eine Kathode, die ein Metallsubstrat umfasst, das mit einem leitfähigen Polymer beschichtet ist; und einen wässrigen Elektrolyten, der sich in Kontakt mit der Kathode und der Anode befindet, wobei der Elektrolyt ein Salz einer schwachen organischen Säure und Wasser umfasst, wobei der Elektrolyt einen pH-Wert von etwa 4,5 bis etwa 7,0 und eine Ionenleitfähigkeit von etwa 0,1 bis etwa 30 Millisiemens pro Zentimeter hat, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C.A liquid electrolytic capacitor, comprising: one porous anode body, the one by anodic Oxidation formed dielectric layer contains; a Cathode, which includes a metal substrate, which is conductive with a Polymer is coated; and an aqueous electrolyte, which is in contact with the cathode and the anode, wherein the electrolyte is a salt of a weak organic acid and water, wherein the electrolyte has a pH of about 4.5 to about 7.0 and an ionic conductivity of about 0.1 to about 30 millisiemens per centimeter, determined at one Temperature of 25 ° C. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Anspruch 1, wobei der Elektrolyt eine Ionenleitfähigkeit von etwa 1 bis etwa 20 Millisiemens pro Zentimeter hat, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C.Liquid electrolytic capacitor according to claim 1, wherein the electrolyte has an ionic conductivity of about 1 to about 20 millisiemens per centimeter, determined at one Temperature of 25 ° C. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der pH-Wert etwa 5,0 bis etwa 6,5 beträgt.Liquid electrolytic capacitor according to claim 1 or 2, wherein the pH is about 5.0 to about 6.5. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Anspruch 1 bis 3, wobei das Salz ein einatomiges Kation, wie ein Alkalimetallion, enthält.Liquid electrolytic capacitor according to claim 1 to 3, wherein the salt is a monatomic cation, such as an alkali metal ion, contains. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Anspruch 1 bis 3, wobei das Salz ein mehratomiges Kation, wie ein Ammoniumion, enthält.Liquid electrolytic capacitor according to claim 1 to 3, wherein the salt is a polyatomic cation, such as an ammonium ion, contains. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die organische Säure eine erste Säuredissoziationskonstante von etwa 2 bis etwa 10 hat, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C.Liquid electrolytic capacitor according to a of the preceding claims, wherein the organic acid is a first acid dissociation constant of about 2 to about 10 has, determined at a temperature of 25 ° C. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die organische Säure eine Carbonsäure ist.Liquid electrolytic capacitor according to a of the preceding claims, wherein the organic acid is a Carboxylic acid is. Flüssigelektrolytkondensator gemäß Anspruch 7, wobei die Carbonsäure eine polyprotische Säure, wie Adipinsäure, Weinsäure, Oxalsäure, Zitronensäure oder eine Kombination davon, ist.Liquid electrolytic capacitor according to claim 7, wherein the carboxylic acid is a polyprotic acid, such as adipic acid, tartaric acid, oxalic acid, Citric acid or a combination thereof. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Salze einer schwachen organischen Säure etwa 0,1 bis etwa 25 Gew.-% und vorzugsweise etwa 0,3 bis etwa 15 Gew.-% des Elektrolyten ausmachen.Liquid electrolytic capacitor according to a of the preceding claims, wherein salts of a weak organic Acid about 0.1 to about 25 wt .-%, and preferably about Make up 0.3 to about 15 wt .-% of the electrolyte. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Wasser etwa 20 bis etwa 95 Gew.-% des Elektrolyten ausmacht.Liquid electrolytic capacitor according to a of the preceding claims, wherein water is about 20 to about 95 wt .-% of the electrolyte. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Metallsubstrat Titan umfasst.Liquid electrolytic capacitor according to a of the preceding claims, wherein the metal substrate is titanium includes. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das leitfähige Polymer ein Polythiophen, wie Poly(3,4-ethylendioxythiophen) oder ein Derivat davon, ist.Liquid electrolytic capacitor according to a of the preceding claims, wherein the conductive Polymer is a polythiophene, such as poly (3,4-ethylenedioxythiophene) or a derivative thereof. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Anodenkörper aus Tantal oder aus Nioboxid besteht.Liquid electrolytic capacitor according to a of the preceding claims, wherein the anode body of Tantalum or niobium oxide. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis der Spannung, bis zu der der Kondensator aufgeladen werden kann, zur Spannung, bei der die dielektrische Schicht gebildet wird, etwa 1,0 bis 2,0 beträgt.Liquid electrolytic capacitor according to a of the preceding claims, wherein the ratio the voltage up to which the capacitor can be charged to the voltage at which the dielectric layer is formed, such as 1.0 to 2.0. Flüssigelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Spannung, bis zu der der Kondensator aufgeladen werden kann, etwa 200 bis etwa 350 V und vorzugsweise etwa 250 bis etwa 300 V beträgt.Liquid electrolytic capacitor according to a of the preceding claims, wherein the tension, up to the the capacitor can be charged, about 200 to about 350 volts and preferably about 250 to about 300 volts. Flüssigelektrolytkondensator, umfassend: einen porösen Anodenkörper, der aus Tantal oder aus Nioboxid besteht, wobei der Anodenkörper weiterhin eine durch anodische Oxidation gebildete dielektrische Schicht enthält; eine Kathode, die ein Titansubstrat umfasst, das mit einem leitfähigen Polymer beschichtet ist, wobei das leitfähige Polymer Poly(3,4-ethylendioxythiophen) oder ein Derivat davon umfasst; und einen wässrigen Elektrolyten, der sich in Kontakt mit der Kathode und der Anode befindet, wobei der Elektrolyt ein Salz einer schwachen organischen Säure und Wasser umfasst, wobei der Elektrolyt einen pH-Wert von etwa 4,0 bis etwa 7,0 und eine Ionenleitfähigkeit von etwa 0,5 bis etwa 25 Millisiemens pro Zentimeter hat, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C.A liquid electrolytic capacitor comprising: a porous anode body made of tantalum or niobium oxide, said anode body further containing a dielectric layer formed by anodic oxidation; a cathode comprising a titanium substrate coated with a conductive polymer, the conductive polymer comprising poly (3,4-ethylenedioxythiophene) or a derivative thereof; and an aqueous electrolyte in contact with the cathode and the anode, the electrolyte comprising a salt of a weak organic acid and water, the electrolyte having a pH of from about 4.0 to about 7.0 and an ionic conductivity of about 0.5 to about 25 millisiemens per centimeter, determined at a temperature of 25 ° C.
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